KR20070067777A - 리튬 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각형 리튬 이차전지에 사용될 전극조립체를 권취했을 때 대략 타원통 형상이 된다는 점에 착안하여 타원통형 전극조립체를 타원통 형상의 캔에 삽입하여 타원통형 리튬 이차전지를 제조하여 각형과 원통형 리튬 이차전지의 경우 발생하는 스트레스를 방지함으로써 안전성을 향상시킴은 물론, HEV용 전지와 같이 대용량 전지에 적합한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지, 타원통 형상, 스트레스, HEV용 전지

Description

리튬 이차전지{Lithium rechargeable battery}
도 1은 일반적인 각형 리튬 이차전지의 분리 사시도
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 분리 사시도
도 2b는 도 2a가 조립된 상태의 평면도
도 2c는 도 2a의 A-A 단면도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극조립체의 수평 단면도
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 분리 사시도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
200 - 리튬 이차전지 210, 410 - 캔
220, 320, 420 - 전극조립체 223, 323, 423 - 양극판
223a, 323a - 양극활물질층 224, 324, 424 - 세퍼레이터
225, 325, 425 - 음극판 230, 430 - 캡조립체
본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각형 리튬 이차전지에 사용될 전극조립체를 권취했을 때 대략 타원통 형상이 된다는 점에 착안하여 타원통형 전극조립체를 타원통 형상의 캔에 삽입하여 타원통형 리튬 이차전지를 제조하여 각형과 원통형 리튬 이차전지의 경우 발생하는 스트레스를 방지함으로써 안전성을 향상시킴은 물론, HEV용 전지와 같이 대용량 전지에 적합한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 각형 리튬 이차전지의 분리 사시도를 나타낸다.
상기 리튬 이차전지(100)는 양극판(123), 음극판(125) 및 세퍼레이터(124)로 구성되는 전극조립체(120)를 전해액과 함께 캔(110)에 수납하고, 이 캔(110)의 상단개구부(110a)를 캡조립체(120)로 밀봉함으로써 형성된다.
상기 캔(110)은 일반적으로 알루미늄 또는 그 합금 재질로 형성되며, 딥드로잉 방식에 의하여 제작된다. 상기 캔(110)의 하면(110b)은 일반적으로 거의 평면 형상으로 형성된다.
상기 전극조립체(120)는 양극판(123)과 음극판(125) 사이에 세퍼레이터(124)가 개재되면서 권취되어 형성된다. 상기 양극판(123)에는 양극탭(126)이 결합되어 전극조립체(120)의 상단부로 돌출되며, 음극판(125)에는 음극탭(127)이 결합되어 전극조립체(120)의 상단부로 돌출된다. 상기 전극조립체(120)에서 상기 양극탭(126)과 음극탭(127)은 소정거리 떨어져 형성되어 전기적으로 절연되도록 한다. 상기 양극탭(126)과 음극탭(127)은 일반적으로 니켈 금속으로 형성된다.
상기 캡조립체(130)는 캡플레이트(140)와 절연플레이트(150)와 터미널플레이트(160) 및 전극단자(135)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(130)는 별도의 절연케이스(170)와 결합되어 캔(110)의 상단개구부(110a)에 결합되어 캔(110)을 밀봉하게 된다.
상기 캡플레이트(140)는 상기 캔(110)의 상단개구부(110a)와 상응하는 크기와 형상을 가지는 금속판으로 형성된다. 상기 캡플레이트(140)의 중앙에는 소정 크기의 단자통공1(141)이 형성되며, 단자통공1(141)에 삽입될 때는 전극단자(135)와 캡플레이트(140)의 절연을 위하여 전극단자(135)의 외면에는 튜브형의 개스킷튜브(146)가 결합되어 함께 삽입된다. 한편, 상기 캡플레이트(140)의 일측에는 전해액주입공(142)이 소정크기로 형성된다. 또한, 상기 캡플레이트(140)의 타측에는 안전밴트(143)가 소정의 크기로 형성된다. 상기 안전밴트(143)는 전지 내부에서 발생한 가스에 의해 파손되어 전지의 폭발을 방지할 수 있도록 타 부분에 비해 얇게 형성된다. 상기 캡조립체(120)가 상기 캔(110)의 상단개구부(110a)에 조립된 후 전해액주입공(142)을 통하여 전해액이 주입되고, 전해액주입공(142)은 별도의 밀폐수단에 의하여 밀폐된다.
상기 전극단자(135)는 상기 음극판(125)의 음극탭(127) 또는 상기 양극판 (123)의 양극탭(126)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.
상기 절연플레이트(150)는 가스켓과 같은 절연물질로 형성되며, 캡플레이트(140)의 하면에 결합된다. 절연플레이트(150)에는 상기 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(135)가 삽입되는 단자통공2(151)가 형성되어 있다. 상기 절연플레이트(150)의 하면에는 상기 터미널플레이트(160)가 안착되도록 터미널플레이트(160)의 크기에 상응하는 안착홈(152)이 형성된다.
상기 터미널플레이트(160)는 일반적으로 니켈 합금으로 형성되며, 상기 절연플레이트(150)의 하면에 장착된다. 상기 터미널플레이트(160)에는 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(135)가 삽입되는 단자통공3(161)이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(135)가 상기 개스킷튜브(146)에 의하여 절연되면서 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)을 통하여 결합되므로 상기 터미널플레이트(160)는 상기 캡플레이트(140)와 전기적으로 절연되면서 상기 전극단자(135)와 전기적으로 연결된다.
상기 터미널플레이트(160)의 일측에는 상기 음극판(125)에 결합된 음극탭(127)이 용접되며, 캡플레이트(140)의 타측에는 상기 양극판(123)에 결합된 양극탭(126)이 용접된다. 상기 음극탭(127)과 양극탭(126)을 결합시키는 용접방법으로는 저항용접, 레이저 용접 등이 사용되며, 일반적으로는 저항용접이 사용된다.
일반적으로 각형 리튬 이차전지는 권취된 전극조립체를 사각 박스 형상의 캔 내부에 삽입한 후, 캔의 상단개구부를 캡조립체로 밀봉하게 된다. 이 때, 전극조립체는 맨드릴을 사용하여 권취했을 때 대략 타원통 형상으로 권취된다. 타원통 형상 의 전극조립체는 장변과 단변의 길이차가 심한 사각박스 형상의 캔에 삽입되면 장측벽과 단측벽이 만나는 코너 부분에 위치한 전극조립체가 캔에 의해 심한 스트레스를 받게 된다는 문제점이 있다. 또한, 타원통 형상의 전극조립체는 사각 박스 형상의 캔에 삽입되면 장측벽이 볼록하게 팽창하게 되며, 충방전을 반복할수록 전극조립체는 팽창하게 되므로 장측벽 방향으로의 팽창은 더욱 심해진다는 문제점이 있다. 이 때, 각형 리튬 이차전지는 코팅된 전극활물질부의 단부 또는 전극탭 용접 부위에 국부적인 스트레스가 집중되어 세퍼레이터를 변형 또는 파손시켜 내부 쇼트를 유발할 수도 있다는 문제점이 있다.
또한, 도면에 도시하지는 않았으나 원통형 리튬 이차전지는 원통형으로 권취된 전극조립체가 원통형 캔에 삽입되게 된다. 이 경우, 원통형 리튬 이차전지는 충방전이 반복되는 경우 전극조립체가 팽창하게 되고, 이에 따라 코팅된 전극활물질부의 단부 또는 전극탭 용접 부위에 국부적인 스트레스가 집중되어 세퍼레이터를 변형 또는 파손시켜 내부 쇼트를 유발할 수 있다는 문제점이 있다. 한편, 하이브리드 전기자동차(HEV)용 전지의 경우 대용량과 고출력을 위해 전극조립체의 권취수가 증가하거나 전극조립체의 높이가 증가하게 된다. 이 때, 세퍼레이터는 길이 및/또는 높이가 증가하게 되어 원통형 전극조립체의 경우 세퍼레이터의 장력을 고르게 조절하여 권취하기가 용이하지 않게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 각형 리튬 이차전지에 사용될 전극조립체를 권취했을 때 타원통 형상이 된다는 점에 착안하여 타원통형 전극조립체를 타원통 형상의 캔에 삽입하여 타원통형 리튬 이차전지를 제조하여 각형과 원통형 리튬 이차전지의 경우 발생하는 스트레스를 방지함으로써 안전성을 향상시킴은 물론, HEV용 전지와 같이 대용량 전지에 적합한 리튬 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 리튬 이차전지는 제 1전극집전체와 상기 제 1전극집전체의 적어도 한 면에 형성되는 제 1전극활물질층을 구비하는 제 1전극판과, 제 2전극집전체와 상기 제 2전극집전체의 적어도 한 면에 형성되는 제 1전극활물질층을 구비하는 제 2전극판 및 제 1전극탭과 제 2전극탭을 포함하는 전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 캔과, 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체를 포함하여 이루어지는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 캔은 곡률반경이 타부분보다 상대적으로 크게 형성되는 장곡률반경부와 곡률반경이 타부분보다 상대적으로 작게 형성되는 단곡률반경부를 포함하는 기둥 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 캔은 타원통 형상으로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 전극조립체는 상기 캔의 형상에 부합되도록 장곡률반경부와 단곡률반경부를 포함하여 형성되며, 상기 제 1전극탭은 상기 전극조립체의 장곡률반경부에 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1전극활물질층의 단부는 상기 전극조립체의 장곡률반경부에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1전극활물질층의 단부와 상기 제 1전극탭은 다른 장곡률반경부에 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1전극활물질층의 단부와 상기 제 1전극탭은 같은 장곡률반경부에 형성될 수도 있다.
또한, 상기 캡조립체는 안전밴트, 전류차단수단(CID), 캡업을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 캡조립체는 캡플레이트, 절연플레이트, 터미널플레이트를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제 1전극판은 양극판이며, 제 2전극판은 음극판일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대하여 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 분리 사시도를 나타내며, 도 2b는 도 2a의 A-A 단면도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지(200)는, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 전극조립체(220)와 캔(210) 및 캡조립체(230)를 포함하여 형성된다. 이 때, 상기 리튬 이차전지(200)는 기존의 각형 리튬 이차전지의 구성과 유사하도록 형성된다. 즉, 상기 리튬 이차전지(200)는 캔(210) 내부에 전극조립체(220)를 삽입하고, 캡조립체(230)로 밀봉한 후 전해액주입구(242)를 통해 전해액을 주입하게 된다. 상기 리튬 이차전지(200)는 곡률반경이 타부분보다 상대적으로 크게 형성되는 장곡률반경부(211)와, 곡률반경이 타부분보다 상대적으로 작게 형성되는 단곡률반경부(212)를 포함하는 기둥 형상으로 이루어진다. 또한, 상기 리튬 이차전지(200)는 수평 단면의 형상이 대략 두 초점에 이르는 거리의 합이 일정한 점들의 집합인 타원 형상으로 형성되어, 전체적으로 타원통 형상으로 형성될 수도 있다. 상기 리튬 이차전지(200)는 곡면으로 형성되는 측면(211, 212)과 상기 캡플레이트(240)가 위치하는 상면(240) 및 상기 상면(240)과 마주보는 하면(210b)을 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 전극조립체(220)는 제 1전극탭(226)(이하, 양극탭이라 한다)과 제 2전극탭(227)(이하, 음극탭이라 한다)을 포함하여 형성된다.
상기 전극조립체(220)는, 도 2c를 참조하면, 제 1전극판(223)(이하, 양극판이라 한다)과 제 2전극판(225)(이하, 음극판이라 한다) 사이에 세퍼레이터(224)가 개재되면서 권취되어 형성된다. 상기 전극조립체(220)는 캔(210)의 형상에 부합되도록 장곡률반경부(221a, 221b)와 단곡률반경부(222a, 222b)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 전극조립체(220)는 타원통 형상으로 형성될 수도 있다. 전극조립체는 맨드릴에 의해 권취되어 별도의 가공을 하지 않는 경우 대략 타원통 형상으로 형성되게 된다. 상기 전극조립체(220)는 각형 리튬 이차전지의 경우처럼 권취후 납작하게 프레스하는 별도의 공정을 거치지 않음으로써 권취된 후의 자연스러운 형상으로 캔(210)에 삽입될 수 있다. 따라서, 상기 전극조립체(220)는 별도의 프레스 공정에 의한 스트레스를 받지 않게 된다.
상기 양극판(223)은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극집전체와, 그 양면에 코팅된 양극 활물질층(223a)을 포함하고 있다. 상기 양극 활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2 등의 리튬산화물이 사용되고 있다. 상기 양극판(223)의 양 말단에는 양극 활물질층(223a)이 형성되지 않은 양극 집전체 영역, 즉 양극 무지부가 형성된다. 상기 양극 무지부의 일단에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 형성되며, 전극 조립체(220)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극 탭(226)이 접합되어 있다. 이 때, 상기 양극활물질층(223a)의 단부는 상기 전극조립체(220) 중 장곡률반경부(221a, 221b)에 형성되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 상기 양극탭(226)은 상기 전극조립체(220) 중 장곡률반경부(221a, 221b)에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 전극조립체(220)는 단곡률반경부(222a, 222b)에 비해 장곡률반경부(221a, 221b)가 스트레스를 적게 받아 팽창되려는 정도가 적으므로, 양극활물질층(223a)의 단부 및 양극탭(226)은 장곡률반경부(221a, 221b)에 위치하는 것이 응력 완화의 측면에서 바람직하다. 또한, 상기 양극활물질층(223a)의 단부와 양극탭(226)은 같은 장곡률반경부(221a, 221b)에 형성된다. 즉, 상기 양극활물질층(223a)의 단부가 장곡률반경부(221a, 221b) 중 어느 한쪽, 예를 들어 상부 장곡룰반경부(221a)에 위치하게 되면 양극탭(226)은 양극활물질층(223a)의 단부에 인접하여 동일한 장곡률반경부(221a)에 형성된다.
상기 음극판(225)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하고 있다. 상기 음극판(225)의 양 말단은 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체 영역, 즉 음극 무지부가 형성된다. 상기 음극 무지부의 일단에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며, 전극 조립체(220)의 권심부분에 형성되며 상부로 일정 길이 돌출된 음극탭(227)이 접합되어 있다. 더불어 상기 전극 조립체(220)의 하부에는 캔(210)과의 접촉을 방지하기 위한 절연판이 더 포함되어 형성될 수 있다.
상기 세퍼레이터(224)는 상기 양극판(223)과 음극판(225) 사이에 개재되며 상기 전극조립체(220)의 외주면을 둘러 싸도록 연장되어 형성될 수도 있다. 상기 세퍼레이터(224)는 상기 양극판(223)과 음극판(225)의 단락을 방지하며, 리튬 이온을 통과시킬 수 있도록 다공막 고분자물질로 형성된다.
상기 캔(210)는 곡면으로 형성되는 측면판(211, 212)과 하면판(210b)을 포함하여 형성된다. 상기 캔(210)의 상부는 개구되어 상단 개구부(210a)를 이루고 있다. 또한, 상기 캔(210)는 수평방향으로의 단면의 형상이 장곡률반경부(211)와 단곡률반경부(212)를 포함하는 폐곡선 형상으로 형성되며, 타원형으로 형성될 수도 있다. 상기 상단개구부(210a)로는 상기 전극조립체(220)가 삽입된다. 또한, 상기 전극조립체(220) 사이로 함침하여 리튬 이온의 이동을 가능하게 해 주는 전해액이 주입된다. 캔(210)의 재질은 주로 가벼운 알루미늄(Al)이 사용된다. 상기 캔(210)의 상부는 캡조립체(230)에 의해 밀봉되어, 전해액의 누출이 방지된다. 상기 캔(210)의 측면판(211, 212)의 두께는 대략 0.2 내지 0.4mm로 형성되며, 상기 하면판(210b)의 두께는 대략 0.2 내지 0.7mm로 형성된다. 다만, 여기서 상기 측면판(211, 212)과 하면판(210b)의 두께를 한정하는 것은 아니다. 상기 캔(210)는 바람직하게는 딥드로잉(deep drawing) 방식에 의하여 형성되며, 상기 측면판(211, 212)과 하면판(210b)은 일체형으로 형성된다. 다만, 여기서 상기 캔(210)의 형성 방법을 한정하는 것은 아니다.
상기 캔(210)의 측면판(211, 212)은 상대적으로 곡률반경이 크도록 형성되는 장곡률반경부(211)와 상대적으로 곡률반경이 작도록 형성되는 단곡률반경부(212)를 구비하여 형성된다. 이 때, 상기 장곡률반경부(211a, 211b)는 한 쌍이 소정 간격을 두고 서로 마주보도록 형성되어 상기 캔(210)의 정면과 배면을 이루게 된다. 또한, 상기 단곡률반경부(212a, 212b)는 한 쌍이 소정 간격을 두고 서로 마주보도록 형성되어 상기 캔(210)의 양측면을 이루게 된다. 다만, 여기서 상기 장곡률반경부(211)와 단곡률반경부(212)의 영역이 뚜렷한 경계를 이루어 형성되는 것은 아니며, 부드러운 곡면으로 연결되어 있다. 상기 하면판(210b)은 상기 캔(210)의 바닥면을 이루게 되며 대략 타원 형상으로 형성된다. 상기 캔(210)은 권취된 전극조립체(220)의 형상인 타원통 형상으로 형성됨으로써 별도의 변형이 없이 스트레스가 작은 상태에서 전극조립체(220)가 삽입될 수 있도록 한다. 이 때, 상기 양극활물질층(223a)의 단부와 양극탭(226)은 장곡률반경부(211) 중 어느 한 쪽에 함께 형성되게 된다.
상기 캡조립체(230)는 캡플레이트(240)와 절연플레이트(250)와 터미널플레이트(260) 및 전극단자(235)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(230)는 별도의 절연케이스(270)와 결합되어 캔(210)의 상단 개구부(210a)에 결합되어 캔(210)을 밀봉하게 된다. 이 때, 상기 캡조립체(230) 역시 캔(210)의 상단개구부(210a)와 동일한 형상인 대략 타원형상으로 형성된다.
상기 캡플레이트(240)는 상기 캔(210)의 상단개구부에 용접되어 상기 캔(210)을 밀봉한다. 상기 캡플레이트(240)는 일측에 전해액 주입공(242)이 형성되어 있으며, 상기 전해액 주입공(242)은 볼 등으로 압입, 용접된다. 상기 캡플레이트(240)의 대략 중앙에는 단자통공1(241)이 형성되어 있으며, 상기 단자통공1(241)에는 가스캣 튜브(246)에 의해 절연된 전극단자(235)가 삽입된다. 이 때, 상기 캡플레이트(240)는 평면 형상이 대략 타원 형상으로 형성된다.
상기 절연플레이트(250)는 가스켓과 같은 절연물질로 형성되며, 캡 플레이트(240)의 하면에 결합된다. 절연플레이트(250)에는 상기 캡 플레이트(240)의 단자통공1(241)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(235)가 삽입되는 단자통공2(251)가 형성되어 있다. 상기 절연플레이트(250)의 하면에는 상기 터미널플레이트(260)가 안착되도록 터미널플레이트(260)의 크기에 상응하는 안착홈(252)이 형성된다. 이 때, 상기 절연플레이트(250)의 평면 형상은 대략 타원 형상 또는 반타원 형상으로 형성될 수 있으며, 사각 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 터미널플레이트(260)는 일반적으로 Ni합금으로 형성되며, 상기 절연플레이트(250)의 하면에 장착된다. 상기 터미널 플레이트(260)에는 캡 플레이트(240)의 단자통공1(241)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(235)가 삽입되는 단자통공3(261)이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(235)가 상기 개스킷 튜브(246)에 의하여 절연되면서 캡 플레이트(240)의 단자통공1(241)을 통하여 결합되므로 상기 터미널 플레이트(260)는 상기 캡플레이트(240)와 전기적으로 절연되면서 상기 전극단자(235)와 전기적으로 연결된다. 이 때, 상기 터미널플레이트(260)의 평면 형상은 대략 타원형상 또는 반타원형상으로 형성될 수 있으며, 사각형상으로 형성될 수도 있다.
상기 터미널플레이트(260)의 일측에는 상기 음극판(225)에 결합된 음극탭(227)이 용접되며, 캡플레이트(240)의 타측에는 상기 양극판(223)에 결합된 양극탭(226)이 용접된다. 상기 음극탭(227)과 양극탭(226)을 결합시키는 용접방법으로는 저항용접, 레이저 용접 등이 사용되며 일반적으로는 저항용접이 사용된다. 여기서, 상기 양극탭(226)은 장곡률반경부(221a, 221b)에 형성됨은 상기에서 언급한 바와 같다.
상기 전극단자(235)는 상기 음극판(225)의 음극탭(227) 또는 상기 양극판(223)의 양극탭(226)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.
상기 전해액주입공(242)은 캡플레이트(240)의 일측에 형성되어 있으며, 연한 금속재질의 볼로 압입, 용접되어 밀봉된다. 상기 용접은 통상적으로 레이저용접으로 이루어지며, 상기 볼이 압입된 전해액주입공(242) 주변으로 이루어진다. 용접이 끝난후에는 전해액의 누출을 방지하기 위하여 볼을 포함한 전해액주입공(242) 주변에 광경화성 물질이 도포될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극조립체의 수평 단면도를 나타낸다. 상기 도 3의 실시예는 양극활물질층의 단부와 양극탭이 다른 장곡률반경부에 형성된다는 점 이외에는 상기 도 2b의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지는 전극조립체(320), 캔 및 캡조립체를 포함하여 형성된다. 상기 캔과 캡조립체는 상기 도 2b의 실시예에서 충분히 설명하였으므로, 여기서 상세한 설명은 생략한다.
상기 전극조립체(320)는 양극판(323)과 음극판(325) 및 세퍼레이터(324)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 전극조립체(320)는 양극탭(326)과 음극탭(327)을 포함하여 형성된다. 상기 양극판(323)은 양극집전체와 양극 활물질층(323a) 및 양극무지부를 포함하여 형성된다. 상기 양극 무지부의 일단에는 전극 조립체(320)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극탭(326)이 접합되어 있다. 이 때, 상기 양극활물질층(323a)의 단부는, 도 3를 참조하면, 상기 전극조립체(320) 중 장곡률반경부(321a, 321b)에 형성되며 상기 양극탭(326) 또한 상기 전극조립체(320) 중 장곡률반경부(321a, 321b)에 형성된다. 이 때, 상기 양극활물질층(323a)의 단부와 양극탭(326)은 다른 장곡률반경부(321a, 321b)에 형성된다. 예를 들면, 상기 양극활물질층(323a)의 단부가 하부 장곡률반경부(321b)에 형성되는 경우 양극탭(326)은 상부 장곡률반경부(321a)에 각각 형성된다. 따라서, 상기 양극판(323)은 하부 장곡률반경부(321b)에서 양극활물질층(323a)의 단부가 형성되고 양극무지부 부분이 반바퀴 더 감겨서 형성되며, 상기 양극무지부의 단부 주변에 양극탭(326)이 형성된다. 상기 양극판(323)은 양극활물질층(323a)의 단부와 양극탭(326)이 다른 장곡률반경부(221a, 221b)에 형성됨으로써, 전극조립체(320)가 장곡률반경부(221a, 221b) 중 어느 하나의 방향으로 집중적으로 팽창하게 되는 경우 세퍼레이터(324)의 변형 또는 손상 정도를 감소시킬 수 있게 된다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 분리 사시도를 나타낸다. 상기 도 4의 실시예는 기존의 원통형 리튬 이차전지의 구성을 취하고 있다 는 점 이외에는 상기 도 2b의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지(400)는, 도 4를 참조하면, 전극조립체(420)와 캔(410) 및 캡조립체(430)를 포함하여 형성된다. 이 때, 상기 리튬 이차전지(400)는 기존의 원통형 리튬 이차전지의 구성과 유사하도록 형성된다. 즉, 상기 리튬 이차전지(400)는 캔(410) 내부에 전극조립체(420)를 삽입하고, 전해액을 주입한 후 캔(410)의 상단개구부를 캡조립체(430)로 밀봉하게 된다. 상기 리튬 이차전지(400)는 전체적으로 타원통 형상으로 이루어진다.
상기 전극조립체(420)은 양극판(422)과 음극판(425) 및 세퍼레이터(424)를 포함하여 형성된다. 상기 전극조립체(420)는 장곡률반경부(421)와 단곡률반경부(422)를 포함하는 기둥 형상으로 형성되며, 타원통 형상으로 형성될 수도 있다. 상기 양극판(423)은 양극집전체와 양극활물질층 및 양극무지부를 포함하여 형성되며, 일측 단부에는 양극탭(426)이 용접된다. 상기 음극판(425)은 음극집전체와 음극활물질층 및 음극무지부를 포함하여 형성되며, 일측 단부에는 음극탭(427)이 용접된다. 이 때, 상기 음극활물질층의 단부와 음극탭(427)은 장곡률반경부(421)에 형성되며, 같은 장곡률반경부에 형성될 수도 있고 다른 장곡률반경부에 형성될 수도 있다. 즉, 상기 음극판(425)은 도 2b의 실시예와 도 3의 실시예가 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 캔(410)은 측면판(411, 412), 하면판(410b)을 포함하여 형성되며, 장곡률반경부(411)과 단곡률반경부(412)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 캔(410)은 타원통 형상으로 형성될 수도 있다. 상기 캔(410)의 상단은 개구되어 상단개구부를 이루고 있으며, 상기 상단개구부를 통해 전극조립체(420)가 삽입되고, 전해액이 주입된다. 상기 캔(410)의 하면판(410b)과 상기 전극조립체(420) 사이에는 캔(410)과 전극조립체(420)의 절연을 위해 하절연판이 삽입될 수 있다. 상기 캔(410)의 상부는 전극조립체(420)의 삽입 후 상기 전극조립체(420)가 캔(410) 내부에서 유동하는 것을 방지하고, 캡조립체(430)의 안착을 위해 비딩부(414)가 형성되며, 캡조립체(420)의 삽입 후 전지의 밀폐를 위해 크리핑부가 형성된다.
상기 캡조립체(430)는 안전밴트(450)와 전류차단수단(445)과 이차보호소자 (440)및 캡업(435)을 포함하여 형성된다. 상기 캡조립체(430)는 캔(410)의 상단개구부에 부합되도록 구성요소 모두의 평면 형상이 대략 타원형상으로 형성된다.
상기 안전밴트(450)는 판상으로 중앙에 하부로 돌출되는 돌출부가 형성되어 상기 캡조립체(430)의 하부에 위치하며, 이차전지의 내부에서 발생한 압력에 의하여 돌출부가 상부 방향으로 변형하게 된다. 상기 안전밴트(450)의 하면 소정위치에는 전극조립체(420)의 양극판(423) 및 음극판(425) 중에서 한 전극판 예를 들어, 양극판(423)에서 인출한 양극탭(426)이 용접되어 상기 안전밴트(450)와 전극조립체(420)의 양극판(423)이 전기적으로 연결된다. 여기서 양극판(423) 및 음극판(425) 중 나머지 전극판, 예를 들어 음극판(425)은, 음극판(425)에서 인출한 음극탭(427)이 베어셀의 하면판(410b)에 용접되어 캔(410)과 전기적으로 연결된다. 상기 안전 밴트(450)는 캔(410) 내부의 압력 상승시 변형되거나 파열되어 상기 전류차단수단(445)을 파손시키는 역할을 한다. 또한, 상기 안전밴트(450)의 상부에는 상기 안전 밴트(450)의 변형시 파손되어 전류가 차단되는 전류차단수단(445)이 더 위치되어 있고, 상기 전류차단수단(445)의 상부에는 과전류시 전류가 차단되는 이차보호소자(440)가 위치되어 있다. 더불어, 상기 이차보호소자(440)의 상부에는 외부에 양극 전압 또는 음극 전압을 제공하는 도전성 캡업(435)이 더 위치되어 있다. 또한, 상기 캡조립체(430)는 가스켓(460)이 더 구비되어 양극 역할을 하는 캡조립체(430)와 음극 역할을 하는 캔(410)을 서로 절연시키게 된다.
본 발명은 일반적인 각형 리튬 이차전지의 문제점인 코너 부분의 스트레스 문제를 해결하고 전극활물질부의 단부 또는 전극탭 부위의 스트레스를 완화시키게 된다. 또한, 본 발명은 일반적인 원통형 리튬 이차전지의 문제점인 전극활물질층의 단부 또는 전극탭 부위의 스트레스를 완화시키게 된다. 또한, 본 발명은 반바퀴 마다 강한 힘이 가해지므로 길고 넓은 세퍼레이터의 장력을 고르게 조절하여 권취할 수 있으므로, 하이브리드 자동차(HEV)용 전지로도 적합하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지에 의하면, 대략 타원통형 전극조립체를 타원통 형상의 캔에 삽입하여 타원통형 리튬 이차전지를 제조하여 각형과 원통형 리튬 이차전지의 경우 발생하는 스트레스를 방지함으로써 안전성을 향상시킴은 물론, HEV용 전지와 같이 대용량 전지에 사용하기에 적합하다는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 제 1전극집전체와 상기 제 1전극집전체의 적어도 한 면에 형성되는 제 1전극활물질층을 구비하는 제 1전극판과, 제 2전극집전체와 상기 제 2전극집전체의 적어도 한 면에 형성되는 제 1전극활물질층을 구비하는 제 2전극판 및 제 1전극탭과 제 2전극탭을 포함하는 전극조립체와,
    상기 전극조립체를 수용하는 캔과,
    상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체를 포함하여 이루어지는 리튬 이차전지에 있어서,
    상기 캔은 곡률반경이 타부분보다 상대적으로 크게 형성되는 장곡률반경부와 곡률반경이 타부분보다 상대적으로 작게 형성되는 단곡률반경부를 포함하는 기둥 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 캔은 타원통 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전극조립체는 상기 캔의 형상에 부합되도록 장곡률반경부와 단곡률반경부를 포함하여 형성되며, 상기 제 1전극탭은 상기 전극조립체의 장곡률반경부에 위치하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전극활물질층의 단부는 상기 전극조립체의 장곡률반경부에 위치하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1전극활물질층의 단부와 상기 제 1전극탭은 다른 장곡률반경부에 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1전극활물질층의 단부와 상기 제 1전극탭은 같은 장곡률반경부에 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 캡조립체는 안전밴트, 전류차단수단(CID), 캡업을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 캡조립체는 캡플레이트, 절연플레이트, 터미널플레이트를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전극판은 양극판이며, 상기 제 2전극판은 음극판인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
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