KR20100135382A - 다방향성 리드-탭 구조를 가진 리튬 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 더 상세히는, 다방향성 리드-탭구조를 가지는 리튬 이차 전지에 관한 것이다. 본 발명은, 집전체, 활물질, 및 탭이 구비된 전극판과 분리막이 교호적층되어 형성되는 전극조립체; 상기 탭과 전기적으로 연결되는 리드; 및 전지케이스를 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 상기 리드는 양극리드 및 음극리드로 구분되고, 상기 양극리드 및 음극리드는 각각 2 이상 구비된 것임을 특징으로 한다. 본 발명의 전지는 종래의 리드-탭 크기를 그대로 사용하면서도 고전류 사용에 적합한 효과가 있다.
리튬 이차 전지, 중대형 배터리, 리드, 탭, 다방향성, 적층, 전극조립체

Description

다방향성 리드-탭 구조를 가진 리튬 이차 전지{LITHIUM SECONDARY BATTERY HAVING MULTI-DIRECTIONAL LEAD-TAB STRUCTURE}
본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 더 상세히는, 다방향성 리드-탭구조를 가지는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중 량, 용이한 형태 변형 가능성 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고, 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1a에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 도시되어 있다.
도 1a을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(31, 32), 전극 탭들(31, 32)에 용접되어 있는 전극리드(40, 41), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(31, 32)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(40, 41)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(31, 32)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(40,41)의 상·하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고, 이와 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(50)이 부착되어 있다.
전지케이스(20)는 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(22)와 그러한 본체(22)에 일체로 연결되어 있는 덮개(21)로 이루어져 있고, 수납부(23)에 전극조립체(30)을 수납한 상태로 접촉부위 인 양측부(24)와 상단부(25)를 접착시킴으로써 전지를 완성한다. 전지케이스(20)는 수지층/금속박층/수지층의 알루미늄 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 덮개(21)와 본체(22)의 양측부(24) 및 상단부(25) 부위에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 접착시킨다. 양측부(24)는 상하 전지케이스(20)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(25)에는 전극리드(40, 41)가 돌출되어 있으므로 전극리드(40, 41)의 두께 및 전지케이스(20) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(40, 41)와의 사이에 절연 필름(50)을 개재한 상태에서 열융착시키겨 최종적으로 전지를 제작한다.
도 1b에는 또 다른 파우치형 전지의 형태의 예로서, 전극리드가 전지케이스의 상부와 하부에 각각 돌출되어 있는 파우치형 전지의 사시도가 도시되어 있다.
도 1a의 파우치형 전지와 비교하여 도 1b의 파우치형 전지(101)는 전극리드들(411, 421)이 상부와 하부에 각각 위치하고 전지케이스가 서로 분리된 형태의 하부 케이스(221)와 상부 케이스(231)로 이루어져 있다는 점에 차이가 있다. 따라서, 전지케이스는 하부 케이스(221)와 상부 케이스(231)가 열압착에 의해 각각 상부 실링부(241), 하부 실링부(261) 및 양측면 실링부(251, 271)가 형성된다. 수납부(211)는 상부 케이스(231) 또는 하부 케이스(221)에만 형성되거나 양쪽 케이스(221, 231) 모두 형성될 수도 있다.
도 1a, 및 도 1b에서 도시한 바와 같이, 종래의 전지는 동일한 극성의 탭들은 축방향으로 같은 위치에 정렬되어 위치하게끔 전극판을 적층한 후, 상기 동일 극성의 탭들을 하나의 양극 또는 음극리드와 용접하여 전지를 제작하였다. 이렇게 제작된 배터리는 소용량 용도의 배터리에 사용하는 경우 문제가 없으나, 대전류를 사용하는 중대형 배터리 용도로 사용하는 경우 문제가 있을 수 있다. 즉, 자동차 등 고 에너지 특성이 요구되는 곳에 사용하는 전지의 경우, 리드를 통한 전류의 크기가 커짐에 따라 열 발생이 많아지게 되어 안전성 측면에서 문제점이 있을 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 리드-탭을 두껍게하거나 넓게하는 방법을 사용할 수도 있지만, 이 경우 리드-탭 부위의 실링성(밀봉성)이 좋지 않을 수 있고, 이에 따라 이 부위의 수분 침투문제가 일어날 수 있다. 또한 대량생산 공정에서 표준 사이즈가 아닌 리드와 탭을 사용하게되므로, 제작 공정상 어려움도 발생하게 된다.
따라서, 종래의 리드-탭 크기를 그대로 사용하면서도 고 전류 사용에 적합한 전지에 대한 수요가 증가되고 있는 실정이다. 이에 본 발명은 동일한 형태의 전극판을 탭 방향이 상호 다르도록 교호적층하고, 이를 리드와 용접하여 제작하는 형태의 전지를 제공하고자 한다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,
집전체, 활물질, 및 탭이 구비된 전극판과 분리막이 교호적층되어 형성되는 전극조립체;
상기 탭과 전기적으로 연결되는 리드; 및
전지케이스를 포함하는 리튬이차전지에 있어서,
상기 리드는 양극리드 및 음극리드로 구분되고, 상기 양극리드 및 음극리드는 각각 2 이상 구비된 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 전극조립체는 동일한 극성의 전극판 간의 축방향 탭위치가 상이하도록 전극판 및 분리막이 교호적층되어 형성된 것이고, 상기 탭위치에 대응하는 위치에 리드가 구비된 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 양극리드 및 음극리드의 폭은 1 ~ 10 ㎝ 범위 이내인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 양극리드 및 음극리드의 두께는 50 ~ 500 ㎛ 범위 이내인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 리튬 이차 전지의 용도는 대면적 전지용인 것임을 특징으로 하는 리륨 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 전지는 종래의 리드-탭 크기를 그대로 사용하면서도 고전류 사용에 적합한 효과가 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은,
집전체, 활물질, 및 탭이 구비된 전극판과 분리막이 교호적층되어 형성되는 전극조립체;
상기 탭과 전기적으로 연결되는 리드; 및
전지케이스를 포함하는 리튬이차전지에 있어서,
상기 리드는 양극리드 및 음극리드로 구분되고, 상기 양극리드 및 음극리드는 각각 2 이상 구비된 것임을 특징으로 한다.
또한, 상기 전극조립체는 동일한 극성의 전극판 간의 축방향 탭위치가 상이하도록 전극판 및 분리막이 교호적층되어 형성된 것이고, 상기 탭위치에 대응하는 위치에 리드가 구비된 것임을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예를 들어 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 발 명의 상세한 설명을 위한 것이므로, 이에 의해 권리범위를 제한하려는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 일실시예를 도시하였다. 본 발명은, 양극리드 및 음극리드가 각각 하나씩만 구비되는 종래의 기술과 달리 양극리드 및 음극리드가 각각 2 이상 구비됨을 특징으로 한다. 이는 종래의 기술과 달리 각각 하나씩 구비되는 리드를 2 이상 구비함으로써 전류를 분산하고자 하는 것이다.
특히, 본 발명에 사용되는 양극리드 및 음극 리드의 폭(a)은 1 내지 10 ㎝ 범위 이내인 것이 바람직하고, 양극리드 및 음극리드의 두께(b)는 50 내지 500 ㎛ 범위 이내인 것이 바람직하다.
상기 범위 미만에서는 리드를 통한 전류의 크기가 커짐에 따라 열 발생이 높아지게 되어 안전성 측면에서 좋지 않을 수 있다. 특히, 고 에너지 특성이 요구되는 대면적 전지의 경우에 더욱 그러하다(상기 대면적 전지라 함은 고에너지를 충·방전하기 위하여 전극조립체의 면적을 크게 제작한 전지를 말하고, 통상적으로 약 225 ㎠ 이상으로 제작된 전지를 말한다).
또한, 상기 범위를 초과하면 리드-탭 부위의 실링성(밀봉성)이 좋지 않을 수 있고, 이에 따라 이 부위의 수분 침투문제가 일어날 수 있다. 또한 통상적으로 펀칭되어 제작되는 리드의 크기를 벗어나므로, 제작 공정상 어려움도 발생하게 될 우려도 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 전극조립체는 동일한 극성의 전극판 간 의 축방향 탭위치가 상이하도록 전극판 및 분리막이 교호적층되어 형성된다. 상기 ‘축방향 탭위가 상이하다는 것’은 축방향에서 바라보았을 때, 탭의 위치가 다르다는 의미이다.
도 1a에 나타낸 것과 같이, 종래에는 동일한 극성의 전극판의 축방향 탭위치는 모두 동일하게 적층하여 전극조립체를 형성하였으나, 본 발명에서는, 동일한 전극판의 축방향 탭위치가 적어도 2 이상이 되도록, 엇갈려 적층시킴을 특징으로 하는 것이다. 이렇게 적층함으로써 각각 2 이상 구비되는 양극 및 음극리드와 용접하기가 용이하게 된다.
도 3a 내지 도3b는 본 발명의 전극조립체의 형성과정을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 3a에는 본 발명의 전극조립체의 적층 개념을 도시적으로 나타내었다.
도 3a과 같이 동일 전극판의 축방향 탭위치가 상이하도록하여 차례로 번갈아 적층하면, 동일한 전극판의 탭위치가 상호 다른 것이 2 이상 생기게 된다. 상기 탭을 각각 상기 양극리드 및 음극리드에 각각 용접하여 전지를 형성하게 된다.
도 3b에는 본 발명의 일실시예의 전지를 제작하는 과정을 나타내었다. 우선 축방향 탭위치가 우편향된 양극판 및 음극판을 준비하고, 이들 사이에 분리막을 개재(介在)한 후 적층하여 제 1 적층체를 형성한다.
이후, 축방향 탭위치가 좌편향된 양극판 및 음극판을 준비하고(집전체를 중심으로 양쪽면에 활물질이 도포된 양극판 및 음극판인 경우에는, 상기 우편향된 양극판 및 음극판을 뒤집으면 좌편향된 양극판 및 음극판이 될 수 있다), 이들 사이 에 분리막을 개재한 후 적층하여 제 2 적층체를 형성한다.
상기한 제 1 및 제 2 적층체 사이에 분리막을 개재한 후, 이를 다시 적층하는 방식을 반복하면, 도 3c와 같은 최종적으로 축방향 탭위치가 상이한 전극조립체를 완성할 수 있다.
도 4에는 본 발명의 일실시예의 구조도를 도시하였다. 종래의 전극조립체와 다르게 동일한 전극판의 탭의 축방향 위치가 다르게 적층된 전극조립체에 각각의 탭에 대응하는 위치에 구비된 리드를 용접하여 본 발명의 전지를 완성할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 일실시예의 구조도를 도시하였다. 전극조립체의 축방향 탭 위치가 도 3a의 아래 그림과 같이 위치하도록 적층하고 대응되는 전극리드와 용접하면 도 5와 같은 구조의 전지를 완성할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예 및 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
도 1a, 도 1b는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예의 개략도.
도 3a 내지 도 3b는 전극판 적층방법의 예시도이고, 도 3c는 전극판이 적층된 전극조립체의 일실시예를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예의 구조도.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예의 구조도.

Claims (5)

  1. 집전체, 활물질, 및 탭이 구비된 전극판과 분리막이 교호적층되어 형성되는 전극조립체;
    상기 탭과 전기적으로 연결되는 리드; 및
    전지케이스를 포함하는 리튬이차전지에 있어서,
    상기 리드는 양극리드 및 음극리드로 구분되고, 상기 양극리드 및 음극리드는 각각 2 이상 구비된 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 동일한 극성의 전극판 간의 축방향 탭위치가 상이하도록 전극판 및 분리막이 교호적층되어 형성된 것이고, 상기 탭위치에 대응하는 위치에 리드가 구비된 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 양극리드 및 음극리드의 폭은 1 ~ 10 ㎝ 범위 이내인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 양극리드 및 음극리드의 두께는 50 ~ 500 ㎛ 범위 이내인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 이차 전지의 용도는 대면적 전지용인 것임을 특징으로 하는 리륨 이차 전지.
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