KR20080037863A - 원통형 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 이차전지에 관한 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 원통형 이차전지의 젤리롤형 전극조립체의 유동을 방지하여, 외부 충격에 의한 원통형 이차전지의 내부저항이 증가하는 것을 방지하는데 그 목적이 있다.

이를 해결하기 위한 본 발명의 기술적인 요지는 젤리롤 형 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 원통형 캔을 포함하며, 상기 원통형 캔의 내 측면에는 하나 이상의 유동방지부가 형성된 원통형 이차전지를 개시한다.

원통형 캔, 유동방지부

Description

원통형 이차 전지{CYLINDER TYPE SECONDARY BATTERY}

도 1은 본 발명에 따른 젤리롤형 전극조립체와 원통형 캔 및 마감테이프의 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 젤리롤형 전극조립체와 원통형 캔 및 마감테이프가 조립된 상태에서, 도 1의 A-A선을 절단하여 본 단면도이다.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 도 1의 A-A선을 절단하여 본 원통형 캔의 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 도 1의 B-B선을 절단하여 본 원통형 캔의 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 도 1의 A-A선을 절단하여 본 원통형 캔의 단면도이다.

도 8과 도 9는 본 발명에 따른 도 1의 C-C선을 절단하여 본 원통형 캔의 단면도이다.

도 10 내지 도 13은 본 발명에 따른 도 1의 B-B선을 절단하여 본 원통형 캔의 단면도이다.

도 14는 본 발명에 따른 도 1의 A-A선을 절단하여 본 원통형 캔의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 ; 원통형 이차전지 110 ; 원통형 케이스

111 ; 유동방지부 120 ; 전극조립체

121; 양극판 122 ; 세퍼레이터

123 ; 음극판 124 ; 전극조립체 핵심 구성 요소

125 ; 양극탭 126 ; 음극탭

127 ; 권취 단부 128 ; 마감테이프

본 발명은 원통형 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 젤레롤형 전극조립체를 수용하는 원통형 케이스의 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 전해질을 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 케이스에 젤리롤형 전극조립체를 수납하고, 젤리롤형 전극조립체에 연결된 음극탭과 양극탭을 전기적으로 캡 조립체와 연결한 후, 캡 조립체로 전극조립체가 수용된 원통형 케이스를 밀봉한다. 그런다음, 전해질을 캡 조립체나 원통형 케이스에 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 케이스 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 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 원통형 이차전지의 젤리롤형 전극조립체의 유동을 방지하여, 외부 충격에 의한 원통형 이차전지의 내부저항이 증가하는 것을 방지하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원통형 이차전지는 젤리롤형 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 원통형 캔을 포함하며, 상기 원통형 캔의 내 측면에는 하나 이상의 유동방지부가 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 유동방지부는 원통형 캔의 길이방향, 원주 방향, 사선방향 가운데 적어도 어느 하나의 방향을 선택하여 리브로 형성될 수 있다.

또한, 상기 유동방지부는 리브가 엇갈려 형성될 수 있다.

또한, 상기 유동방지부는 원통형 캔의 내측에 형성된 리브의 모서리들 가운 데, 원통형 캔의 개구 방향에 위치한 모서리들이 둥근 모따기 또는 각모따기 가운데 어느 하나를 선택적으로 형성할 수 있다.

한편, 상기 유동방지부는 원통형 캔의 길이방향으로 테이퍼 질 수 있다.

또 다른 한편, 상기 유동방지부는 철부로 형성될 수 있다.

또는, 상기 유동방지부는 엠보싱으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 유동방지부는 고무 및 금속 재질 가운데 적어도 어느 하나를 선택하여 형성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 일 실시예에 대해 도 1을 참조하여 설명하면, 원통형 이차전지(100)는 젤리롤형 전극조립체(124), 상기 전극조립체(124)를 수용하는 원통형 캔(110)을 포함하며, 상기 원통형 캔(110)의 내 측면에는 하나 이상의 유동방지부(111)가 형성됨을 특징으로 한다.

먼저, 젤리롤 형 전극조립체(124)는 양극 활물질이 형성된 양극집전체에 양극탭이 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.

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 양극무지부가 형성되어 있다. 양극무지부(미도시)에는 양극탭(125)이 접합된다.

상기 음극판(123)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 음극무지부가 형성되어 있으며, 음극무지부(미도시)에는 음극탭(126)이 접합된다.

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

본 발명에 따른 원통형 캔(110)은 하나 이상의 유동방지부(111)가 형성되어 있다. 유동방지부(111)의 형상에 대해 설명하면, 본 발명에 따른 원통형 캔(110)에 형성된 유동방지부(111)의 단면형상은 도 2에서 보는 바와 같이 유선형의 단면을 구비할 수 있다. 또는, 도 3에서 보는 바와 같이 다각형의 단면을 구비할 수 있다. 또는, 도 4에서 보는 바와 같이 반원호형의 단면을 구비할 수 있다. 또한, 유동방지부(111)는 도 7에서 보는 바와 같이 원통형 캔(110)의 내 측면에 다 수개 형성될 수 있다.

도 1과 도 2를 참조하면, 상기와 같은 원통형 캔(110)에 형성된 하나 이상의 유동방지부(111)는 젤리롤형 전극조립체(120)를 감싸는 마감테이프를 밀착하여, 젤리롤형 전극조립체(120)의 유동을 방지한다. 유동방지부(111)는 길이 방향으로 젤리롤형 전극조립체(120)를 고정하여, 젤리롤형 전극조립체(120)의 원주방향으로 회전운동 및 길이방향으로의 병진운동을 방지하며, 유동방지부(111)가 다 수개 형성되면 그 효과가 증가된다.

또한, 상기 유동방지부는 원통형 캔의 길이방향, 원주 방향, 사선방향 가운데 적어도 어느 하나의 방향을 선택하여 리브(rib)로 형성될 수 있다.

유동방지부는 도 6에서 보는 바와 같이, 원통형 캔(110)의 내측에 길이방향의 리브에 의해 형성된 유동방지부(111)가 형성될 수 있다. 유동방지부는 도 7에서 보는 바와 같이, 원통형 캔(110)의 내측에 원주방향의 리브에 의해 형성된 유동방지부(111)가 형성될 수 있다. 또한, 유동방지부는 도 8에서 보는 바와 같이, 원통형 캔(110)의 내측에 사선방향의 리브에 의해 형성된 유동방지부(111)가 형성될 수 있다. 이러한, 유동방지부(111)는 내 측의 일부에만 형성될 수 있으며, 다 수개로 이루어 질 수 있다.

길이방향의 리브에 의해 형성된 유동방지부(111)는 도 1의 전극조립체(120)가 도 6의 원통형 캔(110)에 수납된 후, 원통형 캔(110)의 원주 방향으로의 회전을 방지하고, 원주방향의 리브에 의해 형성된 유동방지부(111)는 도 1의 젤리롤형 전극조립체(120)가 도 7의 원통형 캔(110)에 수납된 후, 길이방향으로의 병진운동을 방지하며, 사선방향의 리브에 의해 형성된 유동방지부(111)는 도 1의 젤리롤형 전극조립체(120)가 도 8의 원통형 캔(110)에 수납된 후, 길이방향과 원주 방향으로 각각의 유동을 방지한다.

또한, 상기 리브는 엇갈려 형성될 수 있다.

원통형 캔의 내측에 엇갈려 형성된 리브는 도 9에서 보는 바와 같이, 원통형 캔(110)의 내측에 리브가 엇갈려 유동방지부(111)가 형성될 수 있다. 또한, 열십자 모양의 리브로 형성된 유동방지부(111)는 사선으로 기울어져 형성될 수도 있으며, 다수 개로 형성될 수도 있다. 이러한, 유동방지부(111)는 도 1의 전극조립체(120)가 도 9의 원통형 캔(110)에 수납된 후, 도 1의 젤리롤형 전극조립체(120)가 회전운동과 병진운동 하는 것을 동시에 방지할 수 있다.

또한, 상기 유동방지부는 원통형 캔의 내측에 형성된 리브의 모서리들 가운데, 원통형 캔의 개구 방향에 위치한 모서리들이 둥근 모따기 또는 각모따기 가운 데 어느 하나를 선택적으로 형성할 수 있다.

도 10에서 보는 바와 같이, 원통형 캔의 개부구 방향에 형성된 상기 유동방지부(111)의 모서리는 둥근 모따기(114)가 형성되거나 각 모따기(미도시)로 형성될 수 있다. 이러한 모따기 된 모서리들은 도 1의 젤리롤형 전극조립체(120)가 도 10의 원통형 캔(110)의 내부에 수용될 때 미끄러져 들어갈 수 있도록 형성된다.

한편, 상기 유동방지부는 원통형 캔의 길이방향으로 테이퍼 질 수 있다.

도 11에서 보는 바와 같이, 길이방향으로 테이퍼 져 형성된 유동방지부(111)는 원통형 캔(110)의 내측에 길이방향으로 테이퍼 져 형성될 수 있다. 또한, 길이방향으로 일부에만 형성될 수 있으며, 다 수개로 형성될 수 있다. 이러한 유동방지부(111)는 도 1의 젤리롤형 전극조립체(120)가 도 11의 원통형 캔(110)에 유입될 때, 슬라이딩 되어 유입하도록 길이방향으로 테이퍼 져 있다.

또 다른 한편, 상기 유동방지부는 철부로 형성될 수 있다.

도 12에서 보는 바와 같이, 유동방지부(111)는 볼록한 모양인 철부로 형성되어 있다. 또한, 철부로 형성된 유동방지부(111)는 다 수개로 형성될 수 있다. 이러한 유동방지부(111)는 도 1의 젤리롤형 전극조립체(120)가 도 12의 원통형 캔(110)에 수납된 후, 도 12의 원통형 캔(110)의 내부에서 유동하는 것을 방지함과 동시에 그 형성방법이 프레스나 점 용접 등의 가공에 의해 쉽게 형성되는 이점이 있다.

또는, 상기 유동방지부는 엠보싱으로 형성될 수 있다.

이에 대해 설명하면, 도 13에서 보는 바와 같이 상기 유동방지부(111)는 엠보싱의 형상으로 돌출되어 있다. 또는, 엠보싱의 형상을 한 유동방지부(111)는 여러 곳에 형성될 수 있다. 이러한 유동방지부(111)는 프레스 가공에 의해 형성될 수 있는데, 프레스 가공에 의해 형성된 유동방지부(111)는 부수적인 재료의 추가 없이 원통형 캔(110) 만으로도 유동방지부(111)를 제작할 수 있는 이점이 있다.

한편, 상기 유동방지부는 고무 및 금속 재질 가운데 적어도 어느 하나를 선택하여 형성될 수 있다.

도 1을 참조하여 설명하면, 상기 유동방지부(111)가 금속의 재질로 형성된 것은 원통형 캔(110)의 재질과 같은 알루미늄이나 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 다른 금속 재질로는 부식에 강한 알루미늄 합금이나 스테인레스 합금을 사용하여 원통형 캔(110)과 용접 및 접착제를 사용하여 접합 될 수 있다. 이는 원통형 캔(110)과 같은 금속 재질이 원통형 캔(110)과 일체로 형성되면, 유동방지부(111)를 제작하는 공정과정을 줄일 수 있다. 예를 들면, 원통형 캔(110)은 딥 드로잉(Deap drawing)방식을 사용하여 제작되는데 이때, 원통형 캔(110)의 내부 수용공간을 만들어 주는 펀칭 머리의 형상을 유동방지부(111)가 형성될 수 있게끔, 굴곡을 주어 펀칭 머리의 형상을 형성하면 원통형 캔(110)과 유동방지부(111)가 같은 재질의 일체형으로 형성될 수 있다.

상기 유동방지부(111)로 사용되는 고무는 젤리롤형 전극조립체(120)가 원통 형 캔(110)에 내부에 수용된 후, 원통형 캔(110)이 충격을 받았을 때, 젤리롤형 전극조립체(120)를 외부 충격으로 완충하는 역할을 한다. 또한, 고무와 원통형 캔(110)이 접착제에 의해 접합 되었을 때, 잘 떨어지지 않는 이점이 있고, 고무의 표면 마찰력이 높아 젤리롤형 전극조립체(120)가 유동 되지 않게 밀착시키는 효과가 크다. 또한, 고무는 가로/세로의 팽창비율이 높아 고무가 수직으로 압축되었을 때, 수평으로 팽창하는 비율이 0.3정도로 매우 크므로, 젤리롤형 전극조립체(120)를 원통형 캔(110)의 내부에 수용할 때, 젤리롤형 전극조립체(120)가 고무가 형성된 부위로 힘을 가하면, 고무는 가해진 힘의 방향에 수직하게 힘을 분산시키려고 이완된다. 이러한 성질의 고무를 사용하면, 젤리롤형 전극조립체(120)의 특정한 부분에 집중 응력을 발생시키지 않고, 외부충격을 완충시킨다. 또한, 고무는 고무를 녹여 원통형 캔(110)의 내측면에 코팅하거나 몰딩하여 형성할 수 있어, 작업공정이 간단하게 성형할 수 있는 이점이 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 고무의 종류는 폴리이소플랜, 니트릴, 후루오르, 스티렌 부타디엔, 크로로프렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 실리콘 등이 사용될 수 있으며, 본 발명에서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.

이때, 상기 유동방지부(111)는 고무와 금속의 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 도 14을 참조하여 설명하면, 유동방지부(111)는 원통형 캔(110)의 내 측면에서 돌출되어 형성된 금속부(112)와 금속부(112)를 코팅하는 코팅부(113)으로 이루어질 수 있다. 금속부(112)는 금속의 재질로 형성되어 있으며, 고무의 재질로 된 코팅부(113)가 금속부(112)의 적어도 일부분을 코팅하고 있다. 이와 같은 유동방지 부(111)는 금속부(112)의 돌출된 형상으로 인해 코팅부(113)가 더 지지되며, 고무의 재질로 된 코팅부(113)에 의해 도 1과 도 2의 젤리롤형 전극조립체(120)를 감싸는 마감테이프(128)를 고정시키는 효과가 증대된다.

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 발명의 효과로는 원통형 이차전지의 젤리롤형 전극조립체가 원통형 케이스내에서 유동하는 것을 방지하여, 젤리롤형 전극조립체와 캡조립체를 전기적으로 연결하는 음극탭과 양극탭의 접합부위가 떨어지는 것을 방지하고, 그 접촉면적을 유지하여, 원통형 이차전지의 내부저항이 증가하는 것을 방지하는데 그 효과가 있다.

Claims (8)

1. 젤리롤형 전극조립체,

   상기 전극조립체를 수용하는 원통형 캔을 포함하며,

   상기 원통형 캔의 내 측면에는 하나 이상의 유동방지부가 형성됨을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유동방지부는 원통형 캔의 길이방향, 원주 방향, 사선방향 가운데 적어도 어느 하나의 방향을 선택하여 리브로 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 유동방지부는 리브가 엇갈려 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 유동방지부는 원통형 캔의 내측에 형성된 리브의 모서리들 가운데, 원통형 캔의 개구 방향에 위치한 모서리들이 둥근 모따기 또는 각모따기 가운데 어느 하나를 선택적으로 형성한 것을 특징으로 하는 이차전지.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 유동방지부는 원통형 캔의 길이방향으로 테이퍼 진 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
6. 제 1 항에서 있어서,

   상기 유동방지부는 철부로 형성된 것 특징으로 하는 원통형 이차전지.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 유동방지부는 엠보싱으로 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 유동방지부는 고무 및 금속 재질 가운데 적어도 어느 하나를 선택하여 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.

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