KR20110061281A - 전극 조립체 및 그를 구비하는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 조립체 및 그를 구비하는 이차 전지에 관한 것으로, 전극 조립체는 교대로 배치된 복수의 양극판 및 음극판, 양극판 및 음극판 사이에 배치된 세퍼레이터, 복수의 양극판에 각각 형성된 복수의 양극 탭, 복수의 음극판에 각각 형성된 복수의 음극 탭, 복수의 양극 탭을 수용하는 클립 및 클립에 연결된 리드 선으로 이루어진 양극 리드, 및 복수의 음극 탭을 수용하는 클립 및 클립에 연결된 리드 선으로 이루어진 음극 리드를 포함한다.
전극 조립체, 전극 탭, 전극 리드, 클립, 이차 전지

Description

전극 조립체 및 그를 구비하는 이차 전지 {Electrode assembly and secondary battery having the same}
본 발명은 전극 조립체 및 그를 구비하는 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대용량의 전류를 생성하는 전극 조립체 및 그를 구비하는 이차 전지에 관한 것이다.
휴대용 전자기기의 사용이 증가함에 따라 재충전이 가능한 이차 전지의 사용이 증가하고 있으며, 사용자의 요구에 따라 이차 전지의 소형화 및 경량화를 위한 연구가 진행되고 있다.
대표적인 이차 전지로서, 리튬(Li) 전지는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지나 니켈-수소(NI-MH) 전지에 비해 작동 전압 및 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 사용량이 증가하고 있는 추세이다.
리튬 전지는 액체 전해질을 사용하는 리튬-이온 전지 및 고분자 전해질을 사용하는 리튬-폴리머 전지로 구분되며, 케이스의 형태에 따라 원통형(cylinder type), 각형(prismatic type) 및 파우치형(pouched type)과 같이 다양한 형태로 제조될 수 있다.
이차 전지는 크게 전류를 생성하는 전극 조립체와, 전극 조립체를 밀봉 및 보호하는 케이스를 포함한다. 전극 조립체는 전극 탭을 구비하는 양극판 및 음극판, 양극판 및 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터(separator), 및 전극 탭을 외부의 회로에 연결하는 전극 리드(lead)를 포함한다.
일반적으로 전극 조립체에서 생성된 전류는 전극 탭 및 전극 리드를 통해 외부 회로로 출력된다. 그러나 이차 전지의 대용량화에 따라 출력 전류의 량이 증가하면 전극 탭 및 전극 리드에 의해 제공되는 전류 통로가 불충분해지고, 복수의 전극 탭과 전극 리드의 안정된 접속이 어려워져 대용량의 전자 이동이 용이하지 않게 된다.
본 발명의 목적은 대용량의 전자 이동이 용이한 전극 조립체 및 그를 구비하는 이차 전지를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전극 조립체는 교대로 배치된 복수의 양극판 및 음극판; 상기 양극판 및 음극판 사이에 배치된 세퍼레이터; 상기 복수의 양극판에 각각 형성된 복수의 양극 탭; 상기 복수의 음극판에 각각 형성된 복수의 음극 탭; 상기 복수의 양극 탭을 수용하는 클립 및 상기 클립에 연결된 리드 선으로 이루어진 양극 리드; 및 상기 복수의 음극 탭을 수용하는 클립 및 상기 클립에 연결된 리드 선으로 이루어진 음극 리드를 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따른 이차 전지는 상기 전극 조립체; 및 내부의 공간에 상기 전극 조립체가 수용되는 본체와, 상기 리드 선의 일부가 외부로 노출된 상태에서 상기 전극 조립체를 밀봉하기 위해 상기 본체에 접합되는 커버로 이루어지는 케이스를 포함한다.
본 발명의 전극 조립체는 복수의 전극 탭이 전극 리드의 클립에 수용된다. 클립에 형성된 핀이 복수의 전극 탭에 형성된 홀에 삽입되거나, 클립에 형성된 돌기가 복수의 전극 탭을 압착함으로써 전극 탭과 전극 리드의 안정적인 연결이 확보되고, 복수의 전극 탭과 전극 리드의 접촉 면적이 증가됨으로써 대용량의 전류 이 동이 용이해진다. 따라서 안정적으로 대용량의 전류를 출력하는 고출력 이차 전지의 구현이 가능해진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서, 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 전극 조립체를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1의 I1 - I2 부분을 절취한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 전극 조립체(100)는 양극 탭(12)이 형성된 양극판(10), 음극 탭(22)이 형성된 음극판(20), 양극판(10) 및 음극판(20) 사이에 배치된 세퍼레이터(30), 양극 탭(12)에 연결된 양극 리드(40), 및 음극 탭(22)에 연결된 음극 리드(50)를 포함한다.
복수의 양극판(10) 및 음극판(20)은 교대로 배치되고, 양극판(10)과 음극판(20) 사이에는 세퍼레이터(30)가 배치된다. 즉, 양극판(10), 세퍼레이터(30) 및 음극판(20)이 순차적으로 적층된 구조를 이룬다.
양극판(10)은 알루미늄(Al) 박막으로 형성되고, 음극판(20)은 구리(Cu) 박막으로 형성될 수 있으며, 양극판(10) 및 음극판(20)에는 활물질이 도포된다. 예를 들어, 양극판(10)에는 리튬계 산화물에 바인더 및 도전재 등이 혼합된 양극 활물질이 코팅되고, 음극판(20)에는 탄소를 함유하는 물질에 바인더 및 도전재 등이 혼합 된 음극 활물질이 코팅된다.
세퍼레이터(30)는 이온의 투과도 및 기계적 강도가 높은 절연막으로 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리 프로필렌 등의 올레핀계 폴리머, 유리섬유, 또는 폴리에틸렌 등으로 이루어진 시트나 부직포로 형성되며, 전기적인 절연을 위해 양극판(10) 및 음극판(20)보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
양극 탭(12) 및 음극 탭(22)은 양극판(10) 및 음극판(20)의 일측면으로부터 연장된 형태로 이루어지며, 서로 접촉하지 않도록 서로 다른 측에 형성된다. 양극 탭(12)은 알루미늄(Al)으로 형성되고, 음극 탭(22)은 니켈(Ni)로 형성될 수 있다.
양극 리드(40) 및 음극 리드(50)는 일 열로 정렬된 복수의 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)을 수용하는 클립(42, 52) 및 클립(42, 52)에 연결된 리드 선(44, 54)을 포함한다. 복수의 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)은 일 열로 정렬된 후 클립(42, 52)과의 결합이 용이하도록 절곡될 수 있다. 일 열로 정렬된 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)은 클립(42, 52) 사이에 삽입된 후 압착됨으로써 양극 탭(12)과 양극 리드(40) 및 음극 탭(22)과 음극 리드(50)의 연결이 이루어진다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예를 설명하기 위한 단면도로서, 일 열로 정렬된 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)에 홀(12a, 22a)이 형성되고, 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)과 접촉하는 클립(42, 52)의 일측에 홀(12a, 22a)에 삽입되도록 핀(42a, 52a)이 형성된다. 핀(42a, 52a)과 대응되는 클립(42, 52)의 다른 측에는 핀(42a, 52a)을 수용하는 홈(24b, 52b)이 형성될 수 있다. 핀(42a, 52a)의 종단이 홈(24b, 52b)의 바닥면에 닿을 경우 양극 탭(12) 및 음극 탭(12)이 움직이거나 마찰이 일어 날 수 있으므로 핀(42a, 52a)과 홈(24b, 52b)의 바닥면이 일정 간격 이격되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예를 설명하기 위한 단면도로서, 일 열로 정렬된 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)에 하나 이상의 홀(12a, 22a)이 형성되고, 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)과 접촉하는 클립(42, 52)의 양측에 홀(12a, 22a)에 삽입되도록 핀(42b, 52b)이 각각 형성된다. 상부 및 하부 핀(42b, 52b)의 양단이 서로 닿을 경우 마찰이 일어날 수 있으므로 일정 간격 이격되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 및 제 2 실시예에서, 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)은 철(Fe)로 형성되고, 표면이 니켈(Ni)로 도금될 수 있다. 또한, 홀(12a, 22a)은 원형으로 형성되는 것이 바람직하지만, 전후 방향의 유격은 일부 허용되고 측면으로의 유격은 최소화되도록 타원형으로 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예를 설명하기 위한 단면도로서, 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)과 접촉하는 클립(42, 52)의 양측에 돌기(42c, 52c)가 형성된다.
클립(42, 52)의 양측에 형성된 돌기(42c, 52c)에 의해 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)의 압착 정도가 강해지기 때문에 양극 탭(12)과 양극 리드(40) 및 음극 탭(22)과 음극 리드(50)의 안정적인 연결이 확보될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 4 실시예를 설명하기 위한 단면도로서, 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)과 접촉하는 클립(42, 52)의 양측에 예를 들어, 삼각 형태(톱니 형태)의 복수의 돌기(42d, 52d)가 형성된다. 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)이 효과적으로 압착되도록 하기 위해서는 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)을 알루미늄(Al) 과 같은 연성의 금속으로 형성하고, 복수의 돌기(42d, 52d)를 서로 엇갈리게 배치하는 것이 바람직하다. 복수의 돌기(42d, 52d)에 의해 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)이 압착되기 때문에 양극 탭(12)과 양극 리드(40) 및 음극 탭(22)과 음극 리드(50)의 안정적인 연결이 확보될 수 있다.
도 6b는 삼각 형태의 돌기(42d, 52d)가 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)이 삽입되는 방향으로 경사지게 형성되어 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)의 빠짐이 효과적으로 방지될 수 있는 구조이다.
상기와 같이 클립(42, 52)에 형성된 핀(42a, 52a, 42b, 52b)이 복수의 전극 탭(12, 22)에 형성된 홀(12a, 22a)에 삽입되거나, 클립(42, 52)에 형성된 돌기(42c, 52c, 42d, 52d)가 복수의 전극 탭(12, 22)을 압착함으로써 전극 탭(12, 22)과 전극 리드(40, 50)의 안정적인 연결이 확보되고, 복수의 전극 탭(12, 22)과 전극 리드(40, 50)의 접촉 면적이 증가됨으로써 대용량의 전류 이동이 용이해진다.
도 7은 본 발명의 제 5 실시예를 설명하기 위한 단면도로서, 복수의 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)이 각각 용접으로 접합되고, 클립(42, 52)이 복수의 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)과 교차되도록 배치된다.
클립(42, 52)이 복수의 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)과 교차되도록 배치됨으로써 전극 탭(12, 22)과 전극 리드(40, 50)의 안정적인 연결이 확보되고, 복수의 전극 탭(12, 22)과 전극 리드(40, 50)의 접촉 면적이 증가됨으로써 대용량의 전류 이동이 용이해진다.
도 8은 본 발명에 따른 이차 전지를 설명하기 위한 사시도이고, 도 9는 도 8 의 I11 - I12 부분을 절취한 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 이차 전지는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 전극 조립체(100) 및 케이스(200)를 포함한다.
케이스(200)는 내부의 공간에 전극 조립체(100)가 수용되는 본체(210) 및 리드 선(44 및 54)의 일부가 외부로 노출된 상태에서 전극 조립체(100)를 밀봉하기 위해 본체(210)에 접합되는 커버(220)를 포함한다. 케이스(200)는 금속 박막의 양면에 절연성 수지가 코팅된 적층 구조로 이루어진다.
본체(210) 및 커버(220) 사이의 리드 선(44 및 54)에는 밀봉 및 절연을 위하여 절연 테이프(300)가 부착된다.
이상에서와 같이 상세한 설명과 도면을 통해 본 발명의 최적 실시예를 개시하였다. 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전극 조립체를 설명하기 위한 사시도.
도 2는 도 1의 I1 - I2 부분을 절취한 단면도.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 제 1 내지 제 5 실시예를 설명하기 위한 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 이차 전지를 설명하기 위한 사시도.
도 9는 도 8의 I11 - I12 부분을 절취한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 양극판 12: 양극 탭
12a, 22a: 홀 20: 음극판
22: 음극 탭 30: 세퍼레이터
40: 양극 리드 42, 52: 클립
42a, 42b, 52a, 52b: 핀 42c, 42d, 52c, 52d: 돌기
44, 54: 리드 선 50: 음극 리드
100: 전극 조립체 200: 케이스
210: 본체 220: 커버
300: 절연 테이프

Claims (15)

  1. 교대로 배치된 복수의 양극판 및 음극판;
    상기 양극판 및 음극판 사이에 배치된 세퍼레이터;
    상기 복수의 양극판에 각각 형성된 복수의 양극 탭;
    상기 복수의 음극판에 각각 형성된 복수의 음극 탭;
    상기 복수의 양극 탭을 수용하는 클립 및 상기 클립에 연결된 리드 선으로 이루어진 양극 리드; 및
    상기 복수의 음극 탭을 수용하는 클립 및 상기 클립에 연결된 리드 선으로 이루어진 음극 리드를 포함하는 전극 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 양극판 및 음극판에 활물질이 도포된 전극 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 양극 탭 및 음극 탭에 홀이 형성된 전극 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 홀에 삽입되도록 상기 클립에 핀이 형성된 전극 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 핀의 종단이 상기 클립의 다른 일측과 이격되는 전 극 조립체.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 핀이 상기 클립의 양측에 각각 형성된 전극 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 탭 및 음극 탭과 접촉하는 상기 클립의 양측에 적어도 하나의 돌기가 형성된 전극 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 돌기가 서로 엇갈리도록 배치된 전극 조립체.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 양극 탭 및 음극 탭이 알루미늄(Al)으로 이루어진 전극 조립체.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 클립이 철(Fe)로 이루어진 전극 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 클립의 표면이 니켈(Ni)로 도금된 전극 조립체.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 양극 탭 및 음극 탭이 각각 용접으로 접합된 전극 조립체.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 클립이 상기 복수의 양극 탭 및 음극 탭과 교차되 도록 배치된 전극 조립체.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 전극 조립체; 및
    내부의 공간에 상기 전극 조립체가 수용되는 본체와, 상기 리드 선의 일부가 외부로 노출된 상태에서 상기 전극 조립체를 밀봉하기 위해 상기 본체에 접합되는 커버로 이루어지는 케이스를 포함하는 이차 전지.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 본체 및 상기 커버 사이의 상기 리드 선에 절연 테이프가 부착된 이차 전지.
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