KR20080035226A - 원통형 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 이차전지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기술적 과제는 원통형 캔에 수용되는 젤리롤형 전극조립체의 유동을 미연에 방지하여, 음극탭과 양극탭의 접합부위가 떨어지거나 그 접합면적이 줄어드는 것을 방지하는데 그 목적이 있다.

이를 해결하기 위한 본 발명의 기술적인 요지는 젤리롤형 전극조립체, 상기 젤리롤형 전극조립체를 수용하는 원통형 캔, 상기 전극조립체의 권취 단부를 포함하고, 상기 전극조립체의 측면 적어도 일부를 감싸며, 부분적으로 두껍게 형성된 스토퍼부가 표면에 하나 이상 형성되어, 상기 원통형 캔 내면에 접촉되는 마감 테이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지를 개시한다.

마감테이프, 스토퍼

Description

원통형 이차전지{CYLINDER TYPE SECONDARY BATTERY}

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 원통형 캔과 젤리롤형 전극조립체 및 마감테이프가 분해된 상태의 분해사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 마감테이프가 감싸진 젤리롤형 전극조립체의 사시도이다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 마감테이프의 사시도이다.

도 7은 본 발명의 실시예들에 따른, 도 2의 B-B선을 절단하여 본 단면도이다.

도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 마감테이프의 사시도이다.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 A-A선을 절단하여 본 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100; 원통형 이차전지 110; 원통형 캔

120; 젤리롤형 전극조립체 121; 양극판

122; 음극판 123; 세퍼레이터

124; 전력공급 필수요소 126; 양극탭

127; 음극탭 128; 전극조립체 권취 단부

130; 마감테이프 131; 스토퍼

본 발명은 원통형 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 젤리롤형 전극조립체를 감싸는 마감테이프의 구조를 개선하는 것에 관한 것이다.

셀루라폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 휴대용 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 따라서, 휴대용 전기/전자 장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 또한, 이차전지는 고밀도에너지와 고출력을 필요로 하는 하이브리드 자동차 배터리용으로도 각광받고 있으며 연구개발 및 제품생산 중에 있다.

이차전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd)전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 이차 전지 등이 있다.

특히, 리튬 이온 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 작동 전압이 약 3배나 높다. 또한, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 널리 사용되고 있다. 상기 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해 질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.

이차 전지 중에서도 원통형 이차 전지는 하기한 바와 같이 형성된다. 우선, 상기 양극 활물질이 형성된 양극집전체에 양극탭이 연결된 양극판, 음극 활물질이 형성된 음극집전체에 음극탭이 연결된 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되어 있는 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 권취하여 젤리롤형 전극 조립체를 형성한다. 그런 다음, 권취된 젤리롤형 전극조립체를 마감테이프로 감싼 후, 원통형 캔에 젤리롤형 전극조립체를 수납하고, 젤리롤형 전극조립체에 연결된 음극탭과 양극탭을 전기적으로 캡 조립체와 연결한 후, 캡 조립체로 전극조립체가 수용된 원통형 캔를 밀봉한다. 그런다음, 전해질을 캡 조립체나 원통형 캔에 형성된 전해질 주입구를 통해 주입한 후, 전해질 주입구를 밀봉하면, 원통형 이차전지가 완성된다.

그런 다음, 완성된 원통형 이차전지는 시험 및 검사 과정을 거치게 되는데, 시험 및 검사 과정 중에서도 원통형 이차전지를 정해진 횟수로 굴리거나 충격 가한 후, 내부 저항의 이상 유무를 판별하는 드럼 테스트(Drum Test) 과정을 거치게 된다.

이때, 드럼 테스트과정에서 원통형 캔 내에 수용된 마감테이프가 감싸진 젤리롤형 전극조립체가 유동 되어, 캡조립체와 젤리롤형 전극조립체를 전기적으로 연결하는 음극탭과 양극탭의 접합부위가 떨어지거나 그 접합면적이 줄어들어, 접촉저항이 증가하고, 그에 따라 원통형 이차전지의 내부저항이 증가하는 문제가 발생한 다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 원통형 캔에 수용되는 젤리롤형 전극조립체의 유동을 미연에 방지하여, 음극탭과 양극탭의 접합부위가 떨어지거나 그 접합면적이 줄어드는 것을 방지하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명의 원통형 이차전지는 젤리롤형 전극조립체와 상기 젤리롤형 전극조립체를 수용하는 원통형 캔 및 상기 전극조립체의 권취 단부를 포함하고,

상기 전극조립체의 측면 적어도 일부를 감싸며 부분적으로 두꺼운 하나 이상의 스토퍼부가 표면에 형성되어 상기 원통형 캔 내면에 접촉되는 마감 테이프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스토퍼부는 상기 원통형 캔의 길이방향, 원주방향 또는 사선방향 가운데 어느 하나의 방향을 선택하여 리브로 형성될 수 있다.

또한, 상기 스토퍼부에 형성된 리브는 엇갈려 형성될 수 있다.

또한, 상기 스토퍼부는 상기 원통형 캔의 길이방향으로 테이퍼 질 수 있다.

한편, 상기 스토퍼부는 철부 또는 엠보싱 가운데 어느 하나를 선택하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 스토퍼부는 젤리롤형 전극조립체의 원주 상에 비대칭으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 스토퍼부가 형성된 면의 반대면에 상기 스토퍼부가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 스토퍼부는 고무의 재질로 형성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들에 대해 상세히 설명하겠다.

본 발명의 개략적인 설명을 하기 위해 도 1을 참조하면, 원통형 이차전지(100)는 젤리롤형 전극조립체(120), 상기 젤리롤형 전극조립체(120)를 수용하는 원통형 캔(110), 상기 전극조립체의 권취 단부(128)를 포함하고, 상기 전극조립체의 측면 적어도 일부를 감싸며, 부분적으로 두꺼운 하나 이상의 스토퍼부(131)가 표면에 형성되어, 상기 원통형 캔 내면에 접촉되는 마감 테이프(130)를 포함한다.

먼저, 상기 젤리롤 형 전극조립체(120)는 양극 활물질이 형성된 양극집전체에 양극탭(126)이 연결된 양극판(121), 음극 활물질이 형성된 음극집전체에 음극탭이 연결된 음극판(123) 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되어 있는 세퍼레이터(122)를 적층한 후, 이를 권취하여 젤리롤형 전극 조립체(124)를 형성한다. 이때, 전력을 공급할 수 있는 전력공급 필수요소(124)는 양극판(121)과 음극판(122) 및 세퍼레이터(123)로 이루어진다.

상기 양극판(121)은, 양극집전체와 양극 활물질층으로 이루어져 있다. 양극 활물질층은 리튬을 포함하고 있는 층상화합물과, 결합력을 향상시키는 바인더, 전 도성을 향상시키는 도전재로 이루어질 수 있다. 양극집전체는 전극집전체 중 양극의 성질을 갖는 집전체를 말한다. 양극 집전체는 일반적으로 알루미늄이 사용되며 양극활물질층에서 발생하는 전하의 이동 통로가 되고 양극활물질층을 지지하는 역할을 하게 된다. 양극활물질층은 양극집전체의 넓은 면들에 부착되어 있으며, 양극판의 일측단에는 양극활물질층이 형성되지 않은 양극무지부(미도시)가 형성되어 있다. 양극무지부(미도시)에는 양극탭(126)이 접합된다.

상기 음극판(122)은 음극집전체와 음극 활물질층으로 이루어져 있다. 상기 음극활물질층은 탄소를 함유하며 일반적으로 많이 쓰이는 하드 카본과, 혹은 흑연, 활물질입자 사이의 결합력을 향상시키는 바인더로 이루어질 수 있다. 음극집전체는 전극집전체 중 음극의 성질을 갖는 집전체를 말한다. 음극 집전체는 일반적으로 구리가 사용되며 음극활물질층에 발생하는 전하의 이동 통로가 되고 음극활물질층을 지지하는 역할을 하게 된다. 음극활물질층은 음극판의 넓은면에 형성되어 있는데 이때, 음극판의 일측단에 음극활물층이 형성되지 않은 음극무지부(미도시)가 형성되어 있으며, 음극무지부에는 음극탭(127)이 접합된다.

상기 세퍼레이터(123)는 양극판(121)과 음극판(122)의 사이에 개재되어 양극판(121)과 음극판(122)의 절연을 하고 양극판(121)과 음극판(122)의 이온들은 통과시킨다. 일반적으로 세퍼레이터(123)의 재질은 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 사용하지만 본 발명에서 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 세퍼레이터(123)는 전해질을 포함할 수도 있으며, 액상이나 겔 형태로 구성될 수 있다.

상기 원통형 캔(110)은 마감테이프(130)로 감싸진 젤리롤형 전극조립체(120)를 수용한다. 원통형 캔(110)의 형상은 일 단부가 개구되어 일단 개구관의 형상으로 형성되어 있다. 원통형 캔(110)의 제조방법은 딥 드로잉(Deap drawing)의 방법을 사용한다. 딥 드로잉은 얇은 판의 넓은 면을 원형의 단면을 가진 펀칭뭉치(미도시)가 주기적으로 같은 부위를 때려, 조금씩 원통형 캔(110)의 형상을 만들어 가는 방법이다. 하지만, 본 발명에서 원통형 캔(110)의 형성방법을 딥 드로잉에 한해 한정하는 것은 아니다. 원통형 캔(110)의 재질은 주로 알루미늄이 사용되나 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것을 아니다.

본 발명에 따른 상기 마감테이프(130)는 젤리롤형 전극조립체(120)를 감싼 후, 원통형 캔(110)에 젤리롤형 전극조립체(120)와 함께 수용된다. 또한, 상기 젤리롤형 전극조립체(120)의 권취 단부(128)를 포함하고, 상기 젤리롤형 전극조립체(120)의 측면 적어도 일부를 감싸며, 부분적으로 두껍운 하나 이상의 스토퍼부(131)가 표면에 형성되어, 상기 원통형 캔(110)의 내 면에 접촉된다.

이에 대해 예를 들어 설명하면, 상기 젤리롤형 전극조립체(120)의 권추 단부(128)는 양극판(121)과 음극판(122) 및 세퍼레이터(123)가 적층된 후 권취되어, 젤리롤형 전극조립체(120)가 형성될 때, 권취 끝난 부분(128)을 말한다. 도 1의 젤리롤형 전극조립체(120)의 측면 적어도 일부를 감싸는 마감테이프(130)는 도 2에서 보는 바와 같이, 젤리롤형 전극조립체(120)의 측면 전체를 감쌀 수도 있고, 젤리롤형 전극조립체(120)의 측면 일부를 감쌀 수도 있다. 이러한 마감테이프(120)에 형성된 스토퍼부(131)는 도 1의 젤리롤형 전극조립체(120)의 측면을 감싸고 난 후, 원통형 캔(120)에 개재되었을 때, 젤리롤형 전극조립체(120)의 유동을 방지한다.

본 발명에 따른 제 1 실시예에 대해 설명하면, 스토퍼부는 상기 원통형 캔의 길이방향, 원주방향 또는 사선방향 가운데 어느 하나의 방향을 선택하여 리브로 형성될 수 있다.

도 3를 참조하면, 마감테이프(130)에 형성된 스토퍼부(131)는 길이방향으로 형성된 리브로 형성될 수 있다. 또는, 도 4에서 보는 바와 같이, 스토퍼부(131)는 원주방향으로 형성된 리브에 의해 형성될 수 있다. 또는, 도 5에서 보는 바와 같이, 스토퍼부(131)는 사선방향으로 형성된 리브에 의해 형성될 수 있다. 상기 스토퍼부(131)들은 마감테이프(130)의 표면의 일부에 형성될 수 있으며 또한, 다 수개로 이루어 질 수 있다.

이러한 마감테이프들은 도 1의 젤리롤형 전극조립체(120)를 감싼 후, 원통형 캔(110)에 수납된다. 이 중에서, 도 3의 길이방향으로 형성된 스토퍼부(131)를 구비한 마감테이프(130)는 도 1의 원통형 캔(110) 내에 개재되어 있는 젤리롤형 전극조립체(120)의 원주상의 회전운동을 막는다. 도 4의 원주방향으로 형성된 스토퍼부(131)를 구비한 마감테이프(130)는 도 1의 원통형 캔(110) 내에 개재되어 있는 젤리롤형 전극조립체(120)의 길이방향으로의 병진운동을 막는다. 도 5의 사선방향으로 형성된 스토퍼부(131)를 구비한 마감테이프(130)는 도 1의 원통형 캔(110) 내에 개재되어 있는 젤리롤형 전극조립체(120)가 병진운동 또는 회전운동 하는 것을 각각 방지한다.

본 발명에 따른 제 2 실시예에 대해 설명하면, 스토퍼부에 형성된 리브는 엇갈려 형성될 수 있다.

도 6을 참조하면, 마감테이프(130)에 형성된 스토퍼부(131)는 열십자 형태의 리브로 엇갈려 형성되어 있다. 또는, 사선방향으로 엇갈려 형성 될 수 있으며, 다수개로 이루어 질 수 있다. 이러한 스토퍼부(131)를 형성한 마감테이프(130)는 도 1 원통형 캔(110) 내에 개재되어 있는 젤리롤형 전극조립체(120)의 병진운동 및 회전운동을 동시에 막는다.

본 발명에 따른 제 3 실시예에 대해 설명하면, 스토퍼부는 상기 원통형 캔의 길이방향으로 테이퍼 질 수 있다.

이에 대해 도 7를 참조하여 설명하면, 마감테이프(130)가 길이방향으로 테이퍼 지면, 마감테이프(130)가 젤리롤형 전극조립체(130)를 감싼 후, 원통형 캔에 수용될 때, 원통형 캔의 수용공간에 미끄러져 들어갈 수 있으므로, 이차전지를 제작할 때 그 편의성이 증대된다.

본 발명에 따른 제 4 실시예에 대해 설명하면, 상기 스토퍼부는 철부 또는 엠보싱 가운데 어느 하나를 선택하여 형성될 수 있다.

도 8을 참조하면, 마감테이프(130)는 스토퍼부(131)가 철부로 형성되어 있다. 철부로 형성된 스토퍼부(131)는 다 수개로 이루어질 수 있다. 이러한 철부로 형성된 스토퍼부(131)는 도 1 원통형 캔(110) 내에 개재되어 있는 젤리롤형 전극조립체(120)의 병진운동 또는 회전운동을 각각 방지하며 또한, 돌출된 철부는 도 1의 원통형 캔(110)과 접촉되는 면적이 다른 스토퍼부에 비해 상대적으로 작아 외부에서 충격을 받았을 때, 철부가 잘 수축되어 충격을 흡수하는 성능이 뛰어난 이점이 있다.

또는, 마감테이프에 형성된 스토퍼부는 엠보싱으로 형성될 수 있다. 이에 대해 도 9을 참조하여 설명하면, 엠보싱으로 형성된 스토퍼(131)는 젤리롤형 전극조립체(120)를 감싼 후 젤리롤형 전극조립체(120)와 마감테이프(130) 사이에 캐비티(132)가 형성된다. 이러한 캐비티(132)가 형성된 스토퍼(131)는 외부의 충격을 흡수하는 성능이 뛰어나며, 도 1의 원통형 캔(110)에 도 10의 마감테이프(130)가 감싸진 젤리롤형 전극조립체(120)가 수납되었을 때, 도 1의 원통형 캔(110)내의 젤리롤형 전극조립체(110)의 유동을 방지한다.

본 발명에 따른 제 5 실시예에 대해 설명하면, 스토퍼부는 젤리롤형 전극조립체의 원주 상에 비대칭으로 형성될 수 있다.

이에 대해 예를 들어 도 10을 참조하면, 스토퍼(131)는 마감테이프(130) 원주 상에 비대칭적으로 형성될 수 있다. 이러한 이유는 젤리롤형 전극조립체(120)의 권취가 끝난 단부(128)는 젤리롤형 전극조립체(120)의 외곽에서 조금 돌출되어 형성되어 있는데, 권취가 끝난 단부의 영향으로 스토퍼(131)가 마감테이프(130)에 비대칭적으로 형성된다. 또한, 원통형 캔의 내부 구조에 따라 마감테이프(130)에 형 성된 스토퍼(131)가 형성되는 부위를 선택적으로 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 제 6 실시예에 대해 설명하면, 스토퍼부가 형성된 면의 반대면에 상기 스토퍼부가 더 구비될 수 있다.

도 11를 참조하여 설명하면, 마감테이프(130) 형성된 스토퍼(131)는 마감테이프(130)에 넓은 면과 그 반대면에 형성되어 있다. 이러한 이유로 스토퍼(131)가 젤리롤형 전극조립체(120)를 감싸는 면에 더 구비되어 외부 충격으로부터 완충시키는 완충효과가 더 좋아진다.

본 발명에 따른 제 7 실시예에 대해 설명하면, 스토퍼부는 고무의 재질로 형성될 수 있다.

고무의 재질 중에서도 폴리이소플랜, 니트릴, 후루오르, 스티렌 부타디엔, 크로로프렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 실리콘 등이 사용될 수 있으며, 본 발명에서 고무의 종류를 한정하는 것은 아니다. 도 1를 참조하여 고무로 형성된 스토퍼(131)에 대해 더 설명하면, 고무로 형성된 스토퍼(131)는 외부의 충격으로부터 젤리롤형 전극조립체(120)까지 전달되는 충격을 완화시키며, 또한 고무로 형성된 스토퍼(131)는 원통형 캔(110)과 밀착하였을 때, 표면의 마찰지수가 높아 원통형 캔에 수용된 전극조립체(120)의 회전을 방지하는데 매우 효과적이다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예나 도면에 기재된 내용에 그 기술적 사상이 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 본 발명의 청구범위 내에 있게 된다.

본 발명에 의한 효과는 마감테이프가 스토퍼를 구비함에 따라 발생한다. 그에 따른 효과로는 원통형 캔에 수용되는 젤리롤형 전극조립체가 스토퍼에 의해 고정되어, 음극탭과 양극탭의 접합부위가 젤리롤형 전극조립체에 의해 떨어지거나 그 접합면적이 줄어들지 않으므로, 원통형 이차전지의 내부저항이 증가되지 않는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 젤리롤형 전극조립체;

   상기 젤리롤형 전극조립체를 수용하는 원통형 캔; 및

   상기 전극조립체의 권취 단부를 포함하고,

   상기 전극조립체의 측면 적어도 일부를 감싸며 부분적으로 두꺼운 하나 이상의 스토퍼부가 표면에 형성되어 상기 원통형 캔 내면에 접촉되는 마감 테이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스토퍼부는 상기 원통형 캔의 길이방향, 원주방향 또는 사선방향 가운데 어느 하나의 방향을 선택하여 리브로 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 스토퍼부에 형성된 리브는 엇갈려 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 스토퍼부는 상기 원통형 캔의 길이방향으로 테이퍼 진 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 스토퍼부는 철부 또는 엠보싱 가운데 어느 하나를 선택하여 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 스토퍼부는 젤리롤형 전극조립체의 원주 상에 비대칭으로 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 스토퍼부가 형성된 면의 반대면에 상기 스토퍼부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 스토퍼부는 고무의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.

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