KR20090085879A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극 탭이 접합되는 양극판, 음극 탭이 접합되는 음극판 및 세퍼레이터로 이루어지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 캔; 및 상기 전극 조립체의 상단에 위치하며, 절연 케이스를 구비하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 절연 케이스는 실리콘계 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 이차 전지에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 절연 케이스의 재질로써 실리콘계 물질, 바람직하게는 실리콘 고무를 사용함으로써, 내열성이 우수하여, 고온에서 절연 케이스의 녹아내림 또는 변형을 방지하여 전지의 특성 및 안전성이 향상된 이차 전지를 제공할 수 있다.
이차 전지, 절연 케이스, 실리콘 고무
Description
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온에서 절연 케이스의 형상의 변형으로 인한 전극의 쇼트를 방지하고, 또한, 고온에서 절연 케이스의 셀 내부로의 녹아내림을 방지하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전과 방전을 거듭하며 반복 사용할 수 있으므로 일회용인 건전지에 비해 경제적이며, 근래에는 적은 부피에 고용량을 구현할 수 있게 됨에 따라, 휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터 등 휴대용 전자/전기기기의 구동 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지로는, 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있다.
이들 중에서 리튬 이차 전지는 소형 및 대용량화가 가능하며, 작동 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 가장 널리 사용되고 있다.
리튬 이차 전지는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체를 수용하는 외장재의 형태에 따라 캔형 및 파우치형으로 구분되며, 캔형은 원통형과 각형으로 분류될 수 있다.
리튬 이차 전지가 캔형으로 이루어지는 경우, 외장재는 일반적으로 알루미늄 등의 금속으로 형성되며, 원통형 혹은 각기둥형이나 모서리에 곡면을 형성한 기둥형 등의 형상을 갖는다.
캔의 상부에 개구부를 형성하고, 개구부를 통해 캔 내부에 전극 조립체를 삽입하고, 전해액을 주입한다.
이후, 캔의 상부에 형성된 개구부에 해당하는 크기와 형상을 갖는 캡 조립체로 캔을 마감하여 밀봉된 베어 셀을 형성한다.
상기와 같이 형성된 베어 셀은 과충전, 과방전, 과전류 등의 이상 동작으로 인한 안전사고를 예방하기 위한 보호소자를 구비하고 있는 보호회로기판과 전기적으로 연결된다.
일반적으로, 베어 셀과 보호회로기판은 리드 단자를 이용하여 전기적으로 연결되며, 이런 상태의 이차 전지를 코어 팩이라 할 수 있다.
코어 팩을 별도의 외장 케이스에 수납하거나 핫 멜트(hot-melt) 수지로 간극을 채우고, 얇은 외장재로 튜빙, 라벨링 등의 방법으로 배터리 팩을 이루게 된다.
각형 이차 전지의 경우, 전극 조립체의 상부에는 전극 조립체와 캡 조립체를 전기적으로 절연시켜 주며, 전극 조립체로부터 돌출되는 양극 탭과 음극 탭의 위치를 고정시키는 절연 케이스를 포함하는 캡 조립체를 구비하게 된다.
이때, 상기 절연 케이스는 일반적으로 폴리프로필렌을 소재로 하여 구성되므 로, 흔히 피피(PP) 케이스라고도 불리는데, 상기 폴리프로필렌을 소재로 하는 절연 케이스의 경우, 고온, 예를 들면 130℃ 이상의 온도에서 절연 케이스의 변형으로 인하여 전극 조립체의 양극과 음극의 쇼트(short)를 일으키는 문제점이 있다.
또한, 상기 폴리프로필렌을 소재로 하는 절연 케이스의 경우 고온에서 녹아 셀 내부로 흘러들어감으로써, 전극 조립체의 특성에 좋지 않은 영향을 미치는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내열성이 우수하여, 고온에서도 절연 케이스의 녹아내림 또는 변형을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명은 절연 케이스를 구비하는 캡 조립체를 포함하는 이차 전지에 있어서, 상기 절연 케이스는 실리콘계 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 양극 탭이 접합되는 양극판, 음극 탭이 접합되는 음극판 및 세퍼레이터로 이루어지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 캔; 및 상기 전극 조립체의 상단에 위치하며, 절연 케이스를 구비하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 절연 케이스는 실리콘계 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 실리콘계 물질은 실리콘 고무인 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 절연 케이스는 전극 탭 인출 홈 및 전극 탭 인출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 캡 조립체는 터미널 플레이트, 절연 플레이트 및 캡 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지는 절연 케이스의 재질로써 실리콘계 물질, 바람직하게는 실리콘 고무를 사용함으로써, 내열성이 우수하여, 고온에서도 절연 케이스의 녹아내림 또는 변형을 방지할 수 있으므로, 전지의 특성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 두께, 길이 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 분리 사시도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지는 캔(100), 상기 캔(100)의 내부에 수용되는 전극 조립체(110) 및 상기 캔(100)의 개구부 상에 구비되는 캡 조립체(200)로 이루어진다.
상기 캔(100)은 개구된 상단부를 갖는 형태의 금속재로 형성될 수 있으며, 전극 조립체(110) 및 전해액을 수용하며, 전극 조립체의 상부에 절연 케이스(210) 를 수용할 수 있다.
금속재로는 가볍고 연성이 있는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 스테인레스강 등이 사용될 수 있으며, 캔(100)이 금속재로 형성되는 경우 극성을 가질 수 있기 때문에 전극 단자로 사용할 수도 있다.
캔(100)의 형상은 각형이거나 모서리가 둥글게 구부러진 타원형일 수 있으며, 캔(100)의 개구된 상단부는 캡 플레이트와 용접 또는 열 융착되어 밀봉된다.
상기 전극 조립체(110)는 양극 집전체에 양극 활물질을 도포해서 형성된 양극판(112), 음극 집전체에 음극 활물질을 도포해서 형성된 음극판(116) 및 양극판(112)과 음극판(116) 사이에 개재되어 두 극판(112, 116)의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 세퍼레이터(114)로 이루어진다.
상기 양극판(112)에는 양극 활물질이 도포되지 않는 양극 무지부가 형성되며, 상기 음극판(116)에는 음극 활물질이 도포되지 않는 음극 무지부가 형성된다.
상기 양극 무지부에는 캡 플레이트와 전기적으로 연결되는 제1 전극 탭(120)이 접합되며, 음극 무지부에는 전극 단자와 전기적으로 연결되는 제2 전극 탭(130)이 접합된다.
이하, 상기 제1 전극 탭을 양극 탭이라 하고, 상기 제2 전극 탭을 음극 탭이라 한다.
또한, 양극 탭(120) 및 음극 탭(130)이 양극판(112) 및 음극판(116)으로부터 인출되는 부분에는 전극간의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(140)가 구비될 수 있다.
이때, 양극 탭(120) 및 음극 탭(130)은 초음파 용접에 의해 양극 무지부 및 음극 무지부에 접합될 수 있으며, 본 발명에서 접합 방법을 한정하는 것은 아니다.
상기 양극 집전체로는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하다.
양극 집전체의 형태로는 호일, 필름, 시트, 펀칭된 것, 다공질체, 발포제 등을 들 수 있으며, 두께는 통상 1~50μm, 바람직하게는 1~30μm이며, 여기서 형태 및 두께를 한정하는 것은 아니다.
양극 활물질은 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 물질로서, 코발트, 망간, 니켈에서 선택되는 최소한 1종 및 리튬과의 복합산화물 중 1종 이상의 것이 바람직하다.
음극 집전체로는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있으며, 이들 중 구리 또는 구리 합금이 바람직하다.
음극 집전체의 형태로는 호일, 필름, 시트, 펀칭된 것, 다공질체, 발포제 등을 들 수 있으며, 두께는 통상 1~50μm, 바람직하게는 1~30μm이며, 여기서 형태 및 두께를 한정하는 것은 아니다.
음극 활물질은 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 물질로서, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등이 사용될 수 있다.
상기 세퍼레이터(114)는 통상적으로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 열가소성 수지로 형성되며, 그 표면은 다공막 구조로 되어 있다.
이러한 다공막 구조는 전지 내부의 온도 상승으로 상기 열가소성 수지의 융점 근처가 되면 세퍼레이터(114)가 용융되어 통공이 막힘으로써 절연 필름이 된다.
이렇게 절연 필름으로 바뀜으로써, 양극판(112)과 음극판(116) 간의 리튬 이온 이동이 차단되고, 더 이상의 전류가 흐르지 못하게 됨으로써, 전지 내부의 온도 상승이 중단된다.
상기 캔(100)의 개구된 상부에 결합되는 캡 조립체(200)는 절연 케이스(210), 캡 플레이트(220), 절연 가스켓(230), 전극 단자(240), 절연 플레이트(250), 터미널 플레이트(260) 및 전해액 주입구 마개(270)를 구비한다.
먼저, 상기 절연 케이스(210)는 캔(100)의 내부에 삽입되는 전극 조립체(110)의 상부에 위치하여, 전극 조립체(110)의 유동을 방지한다.
절연 케이스(210)는 터미널 플레이트(260)와 터미널 플레이트(260)를 덮는 절연 플레이트(250)를 안착시킬 수 있도록 지지부가 벽을 형성하고 있다.
또한, 절연 케이스(210)는 쇼트를 방지하도록 양극 탭(120)과 음극 탭(130)을 소정 거리 이격시키며, 전극 탭이 외부로 돌출되는 경우 가이드 역할을 하기 위한 전극 탭 인출 홈(211) 및 전극 탭 인출구(213)를 형성한다.
일반적으로, 양극 탭(120)이 전극 조립체의 외측에 구비되어, 상기 전극 탭 인출 홈(211)을 통해서 외부로 돌출되고, 음극 탭(130)이 전극 조립체의 중심부에 구비되어, 상기 전극 탭 인출구(213)를 통해서 외부로 돌출될 수 있다.
또한, 음극 탭(130)이 전극 조립체의 외측에 구비되어, 상기 전극 탭 인출 홈(211)을 통해서 외부로 돌출되고, 양극 탭(120)이 전극 조립체의 중심부에 구비되어, 상기 전극 탭 인출구(213)를 통해서 외부로 돌출될 수도 있으며, 본 발명에서 상기 양극 탭(120) 및 음극 탭(130)의 위치를 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 이차 전지는 상기 절연 케이스를 난연성 소재인 실리콘 계 물질을 사용하는 것을 특징으로 한다.
종래의 절연 케이스는 폴리프로필렌 등의 절연성 고분자 수지로 형성하였으나, 상기 폴리프로필렌의 경우 고온, 예를 들면, 130℃ 이상의 온도에서 소재의 특성상 고온을 견디지 못하고 절연 케이스의 형상의 변형을 가져올 수 있으며, 이는 상술한 바와 같은 양극 탭과 음극 탭의 쇼트(short)를 일으킴에 따라 전지 안정성을 떨어뜨리는 문제점이 있으며, 또한, 상기 폴리프로필렌을 소재로 하는 절연 케이스의 경우 고온에서 녹아 셀 내부로 흘러들어감으로써, 전극 조립체의 특성에 좋지 않은 영향을 미치는 문제점이 있다.
하지만 본 발명에 따른 난연성 소재의 실리콘 계 물질은 내열의 온도범위가 높아 전지안정성을 테스트하는 150℃ 열노출 특성의 실험에서도 충분한 특성을 나타내었다.
또한, 본 발명에서는 상기 절연 케이스는 실리콘 고무를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 실리콘 고무는 200℃ 온도에서도 물성의 저하가 없이 장시간의 사용이 가능하며, 또한, 사용온도 범위는 일반적으로 -150℃ 내지 250℃로써 내열성이 좋 은 장점이 있다.
또한, 상기 실리콘 고무의 경우, 일반 합성고무와는 달리, 대기중의 산소, 오존, 자외선등과 반응하여 균열을 일으키는 이중결합이 분자구조 내에 없기 때문에 내후성이 월등히 뛰어나 장시간 옥외에 방치하여도 물성 변화가 거의 없으며, 또한, 일반 고무에 비하여 실리콘 고무는 -100℃ 내지 250℃ 까지의 넓은 온도범위에서 탄성 및 복원력이 유지되는 장점이 있다.
또한, 실리콘 고무는 산, 염기, 염류 등의 무기약품 알코올, 극성 유기화합물에는 우수한 내성을 가지고 있어, 전해액과의 부반응이 억제되는 장점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 절연 케이스의 재질로써 실리콘계 물질, 바람직하게는 실리콘 고무를 사용함으로써, 내열성이 우수하여, 고온에서도 절연 케이스의 녹아내림 또는 변형을 방지할 수 있으므로, 전지의 특성 및 안전성을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 상기 캡 플레이트(220)는 캔(100)의 개구부를 밀봉할 수 있도록 캔(100)의 개구부에 결합되며, 개구부와 동일한 크기 및 형상을 갖는 금속판으로, 절연 가스켓(230)과 전극 단자(240)가 삽입될 수 있는 단자 통공(221)을 포함한다.
또한, 캡 플레이트(220)에는 캔(100)의 내부로 전해액을 주입하기 위한 통로를 제공하는 전해액 주입구(223)가 형성된다.
전해액 주입구(223)는 전해액이 주입된 후, 상기 전해액 주입구 마개(270)로 밀봉함으로써 상기 캔(100)을 밀봉한다.
상기 절연 가스켓(230)은 캡 플레이트(220)에 형성되는 단자 통공(221)에 결 합되며, 전극 단자(240)와 캡 플레이트(220)를 절연시키기 위해 절연성이 좋은 고무 또는 비도전성 물질로 형성된다.
또한, 절연 가스켓(230)의 중앙부에는 전극 단자(240)가 결합할 수 있도록 홀을 형성하고 있으며, 전극 단자(240)가 결합되는 경우, 전극 단자(240)의 외측을 감싸는 형태가 된다.
상기 전극 단자(240)는 절연 가스켓(230)에 형성된 홀에 삽입된 형태로 캡 플레이트(220)에 결합되며, 전극 단자(240)의 하단부는 캡 플레이트(220)를 관통한 상태에서 터미널 플레이트(260)와 전기적으로 연결된다.
상기 절연 플레이트(250)는 절연 물질로서 형성되며, 캡 플레이트(220)의 하부면에 위치하여, 캡 플레이트(220)와 절연 플레이트(250)의 하부면에 위치하는 터미널 플레이트(260)를 절연시킨다.
또한, 절연 플레이트(250)에는 캡 플레이트(220)에 형성되는 단자 통공(221)과 대응되도록 홀을 형성한다.
상기 홀을 통해 전극 단자(240)가 삽입되어 터미널 플레이트(260)와 연결되어, 터미널 플레이트(260)에 용접되는 전극 조립체(110)의 음극 탭(130)과 전기적으로 연결된다.
상기 터미널 플레이트(260)는 절연 플레이트(250)의 하부면에 위치하며, 전도성 물질로 형성되어, 하부면에 용접되는 전극 조립체(110)의 음극 탭(130)과 전극 단자(240)의 전기적 경로를 형성한다.
상기와 같이 형성된 베어 셀 형태의 이차 전지는 일측에 보호회로기판을 결 합한 코어 팩 상태에서 얇은 외장재로 튜빙, 라벨링하는 이너 팩 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기와 같이 형성된 베어 셀 형태의 이차 전지는 일측에 보호회로기판을 결합한 코어 팩 상태에서 별도의 외장 케이스에 수납하는 하드 팩 형태로 형성될 수도 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 도시하고 있으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 분리 사시도이다.
[도면의 주요부호에 대한 설명]
100 : 캔 110 : 전극 조립체
112 : 양극판 114 : 세퍼레이터
116: 음극판 120 : 양극 탭
130 : 음극 탭 140 : 절연 테이프
200 : 캡 조립체 210 : 절연 케이스
211 : 전극 탭 인출 홈 213 : 전극 탭 인출구
220 : 캡 플레이트 221 : 단자 통공
223 : 전해액 주입구 230 : 절연 가스켓
240 : 전극 단자 250 : 절연 플레이트
260 : 터미널 플레이트 270 : 전해액 주입구 마개
Claims (8)
- 절연 케이스를 구비하는 캡 조립체를 포함하는 이차 전지에 있어서,상기 절연 케이스는 실리콘계 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 실리콘계 물질은 실리콘 고무인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연 케이스는 전극 탭 인출 홈 및 전극 탭 인출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 캡 조립체는 터미널 플레이트, 절연 플레이트 및 캡 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 양극 탭이 접합되는 양극판, 음극 탭이 접합되는 음극판 및 세퍼레이터로 이루어지는 전극 조립체;상기 전극 조립체를 수용하는 캔; 및상기 전극 조립체의 상단에 위치하며, 절연 케이스를 구비하는 캡 조립체를 포함하고,상기 절연 케이스는 실리콘계 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 5 항에 있어서,상기 실리콘계 물질은 실리콘 고무인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 5 항에 있어서,상기 절연 케이스는 전극 탭 인출 홈 및 전극 탭 인출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 5 항에 있어서,상기 캡 조립체는 터미널 플레이트, 절연 플레이트 및 캡 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080011783A KR20090085879A (ko) | 2008-02-05 | 2008-02-05 | 이차 전지 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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|---|---|
| KR20090085879A true KR20090085879A (ko) | 2009-08-10 |
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Country Status (1)
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|---|---|
| KR (1) | KR20090085879A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9680144B2 (en) | 2010-07-01 | 2017-06-13 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electrode assembly, method of fabricating electrode assembly, and secondary battery including electrode assembly |
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2008
- 2008-02-05 KR KR1020080011783A patent/KR20090085879A/ko not_active Application Discontinuation
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