KR20110034346A

KR20110034346A - 이차 전지 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20110034346A
Application number: KR1020090091847A
Authority: KR
Inventors: 전지훈; 최승돈; 최대식; 윤난지; 주용규
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-04-05
Also published as: US20110143177A1; US8557420B2; CN102687331B; KR101255171B1; JP2013505553A; WO2011037335A3; WO2011037335A2; CN102687331A; JP5459742B2

Abstract

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체; 전극 조립체와 함께 전해액이 수납되는 수납부를 가진 케이스를 구비하는 이차 전지에 있어서, 케이스를 관통하는 리드와 각각 연결되도록 제1 전극판에 연결된 제1 탭과 제2 전극판에 연결된 제2 탭 중 적어도 어느 하나의 탭의 폭방향으로 도포된 발포제를 구비한다.

이차 전지, 탭, 노치, 발포제, 용접, 차단

Description

이차 전지 및 그 제조 방법{secondary battery and manufacturing method thereof}

본 발명은 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 이상 현상 발생에 의한 내압 증가에 따른 폭발 또는 발화를 예방할 수 있도록 구조가 개선된 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차 전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동 전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬(이온/폴리머) 이차 전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.

그런데, 이러한 이차 전지의 내부에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격, 고온에서의 방치 등의 이상 현상 발생시 배터리 본체가 부풀어 올라 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로 안전성이 취약한 단점이 있다. 따라서, 배터리가 비정상적으로 작동하는 경우, 배터리 내부의 전해액을 외부로 강제로 배출시키거나 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있도록 예를 들어, PTC(Positive Temperature Coefficient) 소 자, 보호회로모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등과 같은 안전소자들이 전지 셀에 접속된 상태로 구성된다.

그러나, 이러한 안전 조치들을 취하게 되더라도, 이차 전지에는 여전히 오작동의 문제가 남아 있고, 회로에 문제가 발생하면 그러한 오작동의 발생 확률이 더 높다. 따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 개선된 기술에 대한 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 착상된 것으로서, 리튬 이온 배터와 같은 이차 전지 내부의 탭에 전기적 흐름을 차단할 수 있는 수단을 구성하여, 이차 전지의 사용 중 이상 현상 발생으로 온도가 상승할 경우 자동적으로 충,방전을 차단함으로써 그 안정성이 향상될 수 있는 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지는, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 함께 전해액이 수납되는 수납부를 가진 케이스를 구비하는 이차 전지에 있어서, 상기 케이스를 관통하는 리드와 각각 연결되도록 상기 제1 전극판에 연결된 제1 탭과 상기 제2 전극판에 연결된 제2 탭 중 적어도 어느 하나의 탭의 폭방향으로 도포된 발포제를 구비한다.

바람직하게, 상기 발포제와 실질적으로 동일 선상의 상기 탭의 적어도 일측면에 소정 길이 인입 형성된 노치를 더 구비한다.

바람직하게, 상기 발포제의 팽창시 상기 탭의 움직임을 억제하기 위해, 상기 발포제를 중심으로 상기 탭의 길이 방향으로 용접된 한 쌍의 용접부를 구비한다.

바람직하게, 상기 노치는 상기 탭의 양쪽 측면에서 인입 형성된다.

바람직하게, 상기 노치는 'V'자형 또는 'U'자형을 포함한다.

바람직하게, 상기 발포제는 적층되는 탭들 사이에 개재된다.

바람직하게, 상기 용접부는 상기 탭의 전체 폭에 걸쳐 형성된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 제조 방법은, (a) 전극판의 탭에 발포제를 도포하는 단계; (b) 상기 발포제의 적어도 어느 하나의 측면에 노치를 형성하는 단계; (c) 음극 전극판/세퍼레이터/양극 전극판이 순차적으로 배치되고, 상기 각각의 노치가 일치되도록 전극판의 탭을 집적시키는 단계; (d) 상기 탭의 끝단을 리드와 연결시켜 전극 조립체를 형성시키는 단계; 및 (e) 전극 조립체를 전해액과 함께 케이스에 밀봉 수납하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 (c) 단계 후, 상기 발포제를 중심으로 소정 간격 이격되도록 상기 탭에 한 쌍의 용접부를 형성한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 이와 같은 방법에 의해 제조된 이차 전지를 제공한다.

본 발명에 따른 이차 전지 및 그 제조 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 이차 전지 내부의 각 전극에 연결된 탭 부위에 정상적인 사용 온도 범위 내에서는 이차 전지의 성능에 영향을 주지 않지만 고온에서 발포되는 발포제를 도포하여 이상 현상 발생으로 이차 전지의 내부 온도가 상승할 때 그러한 발포제가 탭을 절단하여 이차 전지 내부의 전기적 흐름을 차단함으로써, 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.

둘째, 발포제가 도포된 부위에 노치를 형성시키게 되면 정확한 위치의 탭부위를 절단할 수 있는 효과를 가진다.

셋째, 발포제 주위를 용접부로 둘러싸게 되면 그 용접부가 형성하는 영역 내부에서만 발포제의 작용으로 발포제의 발포 영역을 제한할 수 있으므로 효과를 극대화할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 및 그 제조 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 탭 부위를 발췌 도시한 평면도이고, 도 3은 도 1의 탭 부위의 확대 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제1 전극판(12: 도 2 참조), 제2 전극판(미도시), 및 세퍼레이터(14)를 구비하는 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10)와 함께 전해액이 수납되는 수납 부(22)를 가진 케이스(20)를 구비한다.

일반적으로, 이차 전지는 사용하는 세퍼레이터와 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지 등으로 구분될 수 있고, 형태에 따라 원통형, 각형 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 구분될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지(100)는 양극 전극판과 음극 전극판이 폴리에틸렌 세퍼레이터에 의해 개재되어 교호 적층된 소위, 파우치형 전지에 특히 적합하다. 따라서, 아래에서 설명되는 이차 전지(100)는 파우치형 리튬 이차 전지를 의미하며, 이러한 전지의 구조와 제조 방법은 업계에 널리 알려져 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지(100)는 케이스(20)를 각각 관통하는 제1 및 제2 리드(32)(34)에 용접에 의해 각각 연결되도록 제1 전극판(12) 및 제2 전극판에 일체로 각각 형성된 제1 탭(42) 및 제2 탭(44)과, 각각의 제1 탭(42)과 제2 탭(44)의 폭방향으로 제1 및 제2 탭(42)(44)의 적어도 일측면에 소정 길이 인입 형성된 노치(50), 노치(50)와 실질적으로 동일 선상의 탭들(42)(44)의 폭방향으로 각각 도포된 발포제(60), 발포제(60)의 팽창시 그에 상응하는 탭들(42)(44)의 움직임을 억제하기 위해, 발포제(60)를 중심으로 제1 및 제2 탭(42)(44)의 길이 방향으로 각각 용접된 한 쌍의 용접부(70)를 구비한다.

상기 전극 조립체(10)는 전극판들이 적층된 소위, 파우치형 전지 예를 들어, 제1 전극판(12)/세퍼레이터(14)/제2 전극판이 순차적으로 배치된 구조이다. 여기서, 제1 전극판(12)은 양극을 의미하고, 제2 전극판은 음극을 의미한다. 통상적으 로, 전극 조립체(10)에 있어서 제1 전극판(12)과 제2 전극판은 집전체의 적어도 일면에 활물질이 도포된 구조이다. 또한, 집전체의 경우 양극 집전체는 알루미늄(Al) 재질, 음극 집전체는 구리(Cu) 재질로 형성되고, 양극 집전체 또는 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500㎛의 두께로 제조된다.

상기 제1 및 제2 리드(32)(34)는 각각 제1 탭(42)과 제2 탭(44)에 연결되어 케이스(20)를 각각 관통하여 외부 기기에 연결되는 일종의 단자들로서 업계에 알려진 통상의 전도성 재질을 이용하고 용접에 의해 집적된 상응하는 탭들(42)(44)의 끝단에 연결된다.

상기 제1 탭(42) 및 제2 탭(44)은 각각 상응하는 제1 전극판(12) 및 제2 전극판과 일체로 형성되므로 해당하는 제1 전극판(12) 및 제2 전극판의 재질과 동일하며 그 표면에는 활물질이 도포되지 않는다. 따라서, 다수의 전극판들이 적층되는 구조의 이차 전지(100)는 동일한 극성에 전극판의 개수와 동일한 탭들이 실질적으로 동일한 위치에 집적되어 상응하는 리드(32)(34)에 각각 연결된다.

상기 제1 탭(42)과 제2 탭(44)은 각각 그 폭방향으로 탭(42)(44)의 적어도 일측면에 소정 길이 인입 형성된 노치(50)를 가진다. 노치(50)는 탭(42)(44)의 어느 일측에만 형성될 수도 있지만 본 실시예에서는 탭(42)(44)의 양 측면에 한 쌍씩 노치(50)가 형성된 것을 도시한다. 또한, 노치(50)는 제1 탭(42)과 제2 탭(44) 중 어느 하나에만 형성될 수도 있지만 본 실시예에서는 제1 캡(42) 및 제2 탭(44) 모두에 형성된다. 이러한 노치(50)는 탭(42)(44)의 일정 부위를 미리 약하게 함으로써 탭(42)(44)이 찢어지려는 순간 탭(42)(44)의 전체 부위 중에서 가장 약한 부분 에서 균열을 유도시키기 위한 것이다. 즉, 탭들(42)(44)이 동일한 위치에 집적되고 따라서 노치(50)가 동일한 위치에 형성되면 모든 탭(42)(44) 마다 동일한 위치에서 균열 및 절단이 될 수 있다. 이러한 노치(50)는 'V'자형 또는 'U'자형, 다른 알려진 형태의 노치 모양을 할 수 있다.

상기 발포제(60)는 노치(50)와 실질적으로 동일 선상의 제1 탭(42) 및 제2 탭(44)의 폭방향으로 도포(바람직하게는, 적층되는 탭들(42)(44) 사이에 개재될 수 있도록)된 것으로서, 약 100-120 ℃에서 발포되어 질소 및 이산화 탄소를 분출시키면서 팽창되는 널리 알려진 발포제이다. 상기 발포제(60)는 이차 전지(100)의 사용 중 내압 증가 등에 의한 이상 상황 발생시 발포됨으로써 탭(42)(44) 부위를 절단하기 위한 것이다.

상기 한 쌍의 용접부(70)는 발포제(60)에 가깝게 형성되어 발포제(60)의 팽창시 탭(42)(44)의 평면 방향으로의 움직임을 억제하여 탭(42)(44)의 포일이 더 쉽게 찢어지도록 하기 위한 것이다. 또한, 용접부(70)는 탭(42)(44)의 전체 폭에 걸쳐 형성됨으로써 탭(42)(44)의 움직임을 더욱 더 완전하게 억제한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 제조 방법을 설명한다.

먼저, 개별 전극판(양극 전극판 및/또는 음극 전극판)의 탭(42)(44)의 폭방향으로 발포제(60)를 도포한다.

다음, 도포된 발포제(60)의 끝단과 노치(50)의 첨단부가 실질적으로 접촉하도록 탭(42)(44)의 양측면에 노치(50)를 형성한다. 이 과정에서 펀칭기를 이용하여 펀칭하는 것이 바람직하다.

이어서, 음극 전극판/세퍼레이터/양극 전극판이 순차적으로 배치되도록 적층시키고, 각각의 노치(50)가 일치되도록 전극판의 탭들(42)(44)을 집적시킨다.

다음, 집적된 탭(42)(44)의 발포제(60) 주위를 둘러싸도록 발포제(60)를 중심으로 탭(42)(44)의 길이 방향으로 소정 간격 이격되도록 용접부(70)를 형성한다. 용접부(70)의 형성은 스폿 용접, 초음파 용접 등과 같은 다양한 방법으로 진행될 수 있다.

이어서, 탭(42)(44)의 끝단을 리드와 연결시켜 전극 조립체(10)를 형성시킨다.

마지막으로, 전극 조립체(10)를 전해액과 함께 케이스(20)에 수납하여 케이스(20)를 밀봉한다.

이상에서, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 도 1의 탭 부위를 발췌 도시한 평면도이다.

도 3은 도 1의 탭 부위의 확대 단면도이다.

Claims

제1 전극판, 제2 전극판, 및 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 함께 전해액이 수납되는 수납부를 가진 케이스를 구비하는 이차 전지에 있어서,

상기 케이스를 관통하는 리드와 각각 연결되도록 상기 제1 전극판에 연결된 제1 탭과 상기 제2 전극판에 연결된 제2 탭 중 적어도 어느 하나의 탭의 폭방향으로 도포된 발포제를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 발포제와 실질적으로 동일 선상의 상기 탭의 적어도 일측면에 소정 길이 인입 형성된 노치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 발포제의 팽창시 상기 탭의 움직임을 억제하기 위해, 상기 발포제를 중심으로 상기 탭의 길이 방향으로 용접된 한 쌍의 용접부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제2항에 있어서,

상기 노치는 상기 탭의 양쪽 측면에서 인입 형성되는 것을 특징으로 하는 이 차 전지.
제2항에 있어서,

상기 노치는 'V'자형 또는 'U'자형을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 발포제는 적층되는 탭들 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제3항에 있어서,

상기 용접부는 상기 탭의 전체 폭에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
(a) 전극판의 탭에 발포제를 도포하는 단계;

(b) 상기 발포제의 적어도 어느 하나의 측면에 노치를 형성하는 단계;

(c) 음극 전극판/세퍼레이터/양극 전극판이 순차적으로 배치되고, 상기 각각의 노치가 일치되도록 전극판의 탭을 집적시키는 단계;

(d) 상기 탭의 끝단을 리드와 연결시켜 전극 조립체를 형성시키는 단계; 및

(e) 전극 조립체를 전해액과 함께 케이스에 밀봉 수납하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
제8항에 있어서,

상기 (c) 단계 후, 상기 발포제를 중심으로 소정 간격 이격되도록 상기 탭에 한 쌍의 용접부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
제8항 또는 제9항에 방법에 의해 제조된 이차 전지.