KR20070101445A - 이차전지 - Google Patents

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KR20070101445A
KR20070101445A KR1020060032443A KR20060032443A KR20070101445A KR 20070101445 A KR20070101445 A KR 20070101445A KR 1020060032443 A KR1020060032443 A KR 1020060032443A KR 20060032443 A KR20060032443 A KR 20060032443A KR 20070101445 A KR20070101445 A KR 20070101445A
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Abstract

본 발명에 따른 이차전지는 고정부재를 이용하여 전지 케이스에 전극조립체를 고정시킴으로써, 전지 낙하 등의 외부충격시 케이스 내 전극조립체 유동을 방지하여 전지의 안정성을 확보할 수 있다.

Description

이차전지 {SECONDARY BATTERY}
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 분리 사시도,
도 2a 는 도 1 에서 상부 케이스를 제외한 상태의 이차전지의 평면도,
도 2b 는 도 1 에 나타낸 이차전지의 일 단면도,
도 3 내지 도 5 는 본 발명의 각 실시예에 따른 상부 케이스를 제외한 상태의 이차전지의 평면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 상부 케이스 20: 하부 케이스
21: 수납공간 23: 전면플랜지부
25: 측면플랜지부 30: 전극조립체
40: 전지부 70, 70', 70", 170: 고정부재
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고정부재를 이용하여 전지 케이스에 전극조립체를 고정시킴으로써, 전지 낙하 등의 외부충격시 케이스 내 전극조립체 유동을 방지하여 전지의 안정성을 확보한 이차전지에 관한 것이다.
통상적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
리튬 이차전지는 리튬과 수분의 반응성 때문에 비수성 전해질을 사용한다. 이 전해질은 리튬염을 함유하는 고체 폴리머이거나, 리튬염이 유기 용매에서 해리된 액상일 수 있다. 리튬 이차전지를 전해질 종류에 따라 구분해 보면, 액체 전해질을 사용하는 리튬금속 전지와 리튬이온 전지, 그리고 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 리튬이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 유기 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬이온 폴리머 전지와, 유기 전해액을 함유하고 있는 겔(Gel)형 고분자 전해질을 사용하는 리튬이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
완전 고체형 리튬이온 폴리머 전지의 경우에는 유기 전해액의 누출문제가 없다. 유기 전해액을 함유하는 겔형 리튬이온 폴리머전지의 경우에는 유기 전해액의 누출문제가 발생될 수 있으나, 액체 전해질을 사용하는 리튬이온 전지와 비교할 때 전해액의 누출 문제는 보다 간이한 형태로 방지될 수 있다. 가령, 리튬이온 폴리머 전지는 다층막 파우치를 리튬이온 전지의 금속캔(can) 대신 사용할 수 있다.
다층막 파우치를 사용할 경우에는 금속캔을 사용할 때보다 전지의 무게를 현 저히 줄일 수 있다는 장점을 가진다. 파우치막 내층을 이루는 폴리머막은 전해질로부터 중간층의 금속포일을 보호함과 아울러, 제 1 전극과 제 2 전극, 그리고 전극탭들 사이의 단락(短絡)을 방지한다.
이러한 파우치형 이차전지는 소정 전류를 생성하는 전극조립체와, 이 전극조립체를 감싸서 밀봉하는 파우치 케이스를 구비하여 이루어진다. 전극조립체는 전지부와, 전극탭과, 보호부재로 이루어진다. 전지부는 제 1 전극과 제 2 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취됨으로써 젤리롤 형상을 이룬다. 제 1 및 제 2 전극에 제 1 및 제 2 전극탭이 각각 결합되어 같은 방향으로 인출된다. 제 1 및 제 2 전극탭과 전면플랜지부 사이에는 각각 보호부재가 위치하여, 전극탭과 전면플랜지부 사이를 절연하고, 전극탭과 전면플랜지부 사이의 접착성을 높인다. 이러한 전지부는 파우치 케이스 내부에 수납되고, 수납공간 외부로 연장된 플랜지부는 열융착되어 밀봉된다. 이때, 제 1 및 제 2 전극탭의 일부가 전면플랜지부의 외부로 노출되도록 밀봉을 한다.
그런데, 상기한 구조의 파우치형 이차전지는 전지 낙하 등의 외부충격시 케이스 내에서 전극조립체가 유동하는 경우가 생길 수 있다. 이에 따라, 전지부와 전극탭 간의 결합력이 약해져 전지의 내부저항(IR)이 증가하거나, 혹은 전극탭이 유동하여 파우치 케이스의 전면플랜지부의 밀봉이 느슨해지는 문제가 생길 수 있다.
또한, 전지 낙하시 케이스 내부의 전지부가 케이스 하단으로 쏠려 전지의 충격이 가중되는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고정부재를 이용하여 전지 케이스에 전극조립체를 고정시킴으로써, 전지 낙하 등의 외부충격시 케이스 내 전극조립체 유동을 방지하여 전지의 안정성을 확보하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지는,
서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전지부와, 상기 두 전극에서 각각 인출된 전극탭을 구비한 전극조립체; 상기 전극조립체를 수납하는 수납공간이 형성되고, 상기 수납공간의 외측에서 밀봉되는 실링부를 구비한 케이스; 및 상기 전지부에 부착되며, 상기 실링부의 밀봉시 상기 실링부 사이에 끼워진 고정부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 고정부재는 상기 전지부의 권취 말단을 고정시킬 수도 있다.
또한, 상기 고정부재 중 적어도 상기 실링부 사이에 끼워진 부분은 내열재로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지는,
서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전지부와, 상기 두 전극에서 각각 인출된 전극탭을 구비한 전극조립체; 상기 전극조립체를 수납하는 수납공간이 형성되고, 상기 수납공간의 외측에서 밀봉되는 실링부를 구비한 케이스; 및 일면은 상기 전지부의 표면에 부착되며, 타면은 상기 케이스 내면에 부착되는 고정부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 고정부재는 상기 전지부의 권취 말단을 고정시킬 수도 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 이차전지에 관한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 분리 사시도이다.
도면을 참조하면, 파우치형 이차전지는 전지부(40)와 전극탭(52, 56)과 보호부재(62, 66)를 포함하는 전극조립체(30)와, 이 전극조립체(30)를 수납하는 파우치 케이스와, 전지부(40)와 파우치 케이스를 고정하는 고정부재(70)를 포함하여 이루어진다.
전지부(40)는 통상 전기용량을 높이기 위해 제 1 전극(42) 및 제 2 전극(46)을 넓은 판형으로 형성한 뒤, 이들을 상호 절연시키는 세퍼레이터(44)를 제 1 전극(42)과 제 2 전극(46) 사이에 개재하여 적층하고, 와형으로 권취하여 이른바 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 만든다. 제 2 전극(46) 및 제 1 전극(42)은 각각 구리 및 알루미늄 포일로 이루어진 집전체 각각에 제 2 전극 활물질인 탄소와 제 1 전극 활물질인 코발트산 리튬 등을 코팅시켜 형성할 수 있다. 세퍼레이터(44)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어져 있다. 세퍼레이터(44)는 제 1 전극(42) 및 제 2 전극(44)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 극판 간의 단락을 방지하는 데 유리하다.
전지부(40)의 제 1 전극(42)과 제 2 전극(46)을 파우치 케이스 외부와 전기적으로 연결하기 위해 제 1 전극(42) 및 제 2 전극(46)의 일 측에는 각각 제 1 및 제 2 전극탭(52, 56)이 형성된다. 전극탭(52, 56)은 각 전극판에서 활물질이 도포되지 않은 부분인 무지부에 초음파 용접되어 고정되며, 일반적으로 알루미늄, 구리 또는 니켈로 형성된다. 이들 전극탭(52, 56)은 젤리롤이 권취되는 방향과 수직 방향으로 젤리롤에서 돌출되도록 형성되고, 파우치 케이스의 밀봉되는 한 변인 전면플랜지부(23)를 통해 파우치를 통과하여 인출된다.
파우치 케이스의 전면플랜지부(23)와 제 1 및 제 2 전극탭(52, 56) 사이에는 각각 절연성 제 1 및 제 2 보호부재(62, 66)가 위치한다. 즉, 보호부재(62, 66)가 제 1 및 제 2 전극탭(52, 56)을 각각 감싸고 있다. 이러한 보호부재(62, 66)로는 절연성이 뛰어나고, 파우치 밀봉 작업에서 가해지는 열을 견디고 제거되지 않도록 융점이 180℃ 정도인 폴리프로필렌 수지를 사용할 수 있다. 파우치 내측면의 폴리머막이 손상되어도, 보호부재(62, 66)로 인해 전극탭(52, 56)과 파우치의 알루미늄 포일이 직접 닿는 것을 막을 수 있다. 또한, 전극탭(52, 56)을 감싸는 보호부재(62, 66)는 전극탭이 있는곳과 그렇지 않은 곳 사이의 압력의 차이를 완충하는 역할을 하여 밀봉 상태를 양호하게 한다.
파우치 케이스는 전극조립체(30)가 안착될 수 있게 프레스(press) 가공 등을 통해 수납공간(21)이 마련된 하부 케이스(20)와, 이 하부 케이스(20)의 일단으로부터 일체로 연결되어 형성된 상부 케이스(10)를 구비하여 이루어진다. 파우치 케이스는 알루미늄 박판 같은 금속포일(11) 내·외측에 폴리머막(13)이 라미네이팅된 형태를 가진다. 알루미늄 박판에 폴리머 수지인 변성 폴리프로필렌, 예컨대 CPP(Casted Polypropylene)가 열접착층을 이루며 도포되어 있고, 그 외측면으로 나 일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 수지재가 형성되어 있다. 하부 케이스(20)의 가장자리에는 수납공간(21)에서 전방 및 양 측방으로 연장된 전면 및 측면플랜지부(23, 25)가 형성되어 상부 케이스(10)와 접합됨으로써 파우치 케이스를 밀봉할 수 있도록 되어 있다. 다만, 본 발명의 내용이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 파우치 케이스에 전극조립체(30)가 수납되고, 전극탭(52, 56)이 파우치 케이스 외부로 노출된 상태에서 하부 케이스(20)의 3면의 플랜지부(23. 25)와 접하는 상부 케이스(10)를 가열 가압하여 3면의 실링부가 형성된다. 다만, 본 발명의 내용은 상기한 파우치 형상에 한정되는 것은 아니며, 일면이 개구된 주머니 형상의 파우치 케이스에 전극조립체를 수납하고, 그 일면을 밀봉하는 방식에도 적용될 수 있다.
고정부재(70)의 적어도 일부에는 접착층이 형성되어 있어 전지부(40)의 상면에 부착되고, 또한 고정부재(70)는 위에서 볼 때 전지부(40)의 영역을 벗어난 부분이 존재하도록 전지부(40)에 부착되어 상기 벗어난 부분이 실링부의 밀봉시 실링부 사이에 끼워진다.
여기서, 고정부재(70) 중 적어도 상기 실링부 사이에 끼워진 부분은 실링부의 밀봉시 함께 열융착되는 부분이므로 내열재로 이루어지는 것이 바람직하다.
따라서, 고정부재(70)를 이용하여 전지 케이스에 전지부(40) 내지 전극조립체(30)를 고정시킴으로써, 전지 낙하 등의 외부충격시 케이스 내 전극조립체 유동을 방지하여 전지의 안정성을 확보할 수 있게 된다.
도 2a 및 도 2b 는 본 발명의 제 1 실시예를 나타낸 도면으로서, 고정부재(70)의 일부가 하부 케이스(20)의 전면플랜지부(23)와 상부 케이스(미도시) 사이에 끼워지도록 되어 있다. 또한, 도시한 바와 같이, 보호부재(62, 66) 및 전면플랜지부(23)와, 상부 케이스 사이에 끼워질 수도 있다.
도 3 은 본 발명의 제 2 실시예를 나타낸 도면으로서, 고정부재(70')의 일부가 하부 케이스(20)의 측면플랜지부(25)와 상부 케이스(미도시) 사이에 끼워지도록 되어 있다.
도 4 는 본 발명의 제 3 실시예를 나타낸 도면으로서, 고정부재(70")의 일부가 하부 케이스(20)의 전면플랜지부(23)와 상부 케이스(미도시) 사이, 및 하부 케이스(20)의 측면플랜지부(25)와 상부 케이스 사이에 끼워지도록 되어 있다.
나아가, 전술한 제 1 내지 제 3 실시예에서, 고정부재(70, 70', 70")는 전지부(40)의 권취 말단(각 도면에서 수직 점선으로 표시)을 고정시키는 마감테이프의 역할을 병행할 수도 있다. 즉, 권취된 전지부(40)의 풀림을 방지하기 위해 전지부(40)의 권취 말단에 부착되는 마감테이프를 전지부(40)보다 크게 형성하여 전지부 영역에서 벗어난 부분을 실링부의 밀봉시 실링부 사이에 끼움으로써 본 발명에 따른 효과를 달성할 수 있는 것이다.
또한, 전술한 제 1 내지 제 3 실시예에서, 고정부재(70, 70', 70")의 일면은 전지부(40)의 표면에 부착되며, 타면은 케이스(예컨대, 상부 케이스)의 내면에 부착될 수도 있다. 이 경우, 케이스와 전지부(40) 사이의 결합력이 증대되어 외부충격시 케이스 내 전지부의 유동을 크게 감소시킬 수 있다.
한편, 도 5 는 본 발명의 제 4 실시예를 나타낸 도면으로서, 도면을 참조하면, 전지부와 전극탭을 구비한 전극조립체가 파우치 케이스에 수납되어 있는데, 고정부재(170)의 일면은 전지부(40)의 표면에 부착되고, 타면은 케이스의 내면에 부착되도록 되어 있다. 이러한 고정부재(170)로는 양면접착테이프가 사용될 수도 있다.
이 경우에도, 케이스와 전지부(40) 사이의 결합력이 증대되어 외부충격시 케이스 내 전지부의 유동을 크게 감소시켜 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 고정부재(170)는 상기 전지부(40)의 권취 말단을 고정시키는 역할을 병행할 수도 있는데, 이에 관해서는 전술한 실시예들에서 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 고정부재를 이용하여 전지 케이스에 전극조립체를 고정시킴으로써, 전지 낙하 등의 외부충격시 케이스 내 전극조립체 유동을 방지하여 전지의 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명은 도시된 실시예를 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전지부와, 상기 두 전극에서 각각 인출된 전극탭을 구비한 전극조립체;
    상기 전극조립체를 수납하는 수납공간이 형성되고, 상기 수납공간의 외측에서 밀봉되는 실링부를 구비한 케이스; 및
    상기 전지부에 부착되며, 상기 실링부의 밀봉시 상기 실링부 사이에 끼워진 고정부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정부재는 상기 전지부의 권취 말단을 고정시키는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는, 상기 전극조립체를 수납하는 수납공간이 형성되고 상기 수납공간의 전방 및 양 측방으로 연장된 전면플랜지부 및 측면플랜지부를 구비한 하부 케이스와, 상기 하부 케이스의 후단과 일체로 연결되고 상기 전면 및 측면플랜지부와 접합되어 상기 실링부를 형성하는 상부 케이스를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 고정부재의 일부는 상기 하부 케이스의 상기 전면플랜지부와 상기 상부 케이스 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 고정부재의 일부는 상기 하부 케이스의 상기 측면플랜지부와 상기 상부 케이스 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 고정부재의 일부는 상기 하부 케이스의 상기 전면플랜지부와 상기 상부 케이스 사이, 및 상기 하부 케이스의 상기 측면플랜지부와 상기 상부 케이스 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정부재 중 적어도 상기 실링부 사이에 끼워진 부분은 내열재로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정부재의 일면은 상기 전지부의 표면에 부착되며, 타면은 상기 케이스의 내면에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전지부와, 상기 두 전극에서 각각 인출된 전극탭을 구비한 전극조립체;
    상기 전극조립체를 수납하는 수납공간이 형성되고, 상기 수납공간의 외측에서 밀봉되는 실링부를 구비한 케이스; 및
    일면은 상기 전지부의 표면에 부착되며, 타면은 상기 케이스 내면에 부착되는 고정부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 고정부재는 상기 전지부의 권취 말단을 고정시키는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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