KR20130047005A - 이차 전지용 파우치 셀의 젤리 롤 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극판과 분리막을 기본 구성으로 하는 이차 전지용 파우치 셀의 젤리 롤에 관한 것이다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 이차 전지용 파우치 셀의 젤리 롤은 절연 저항이 개선된 배터리 셀의 제조가 가능하여 배터리 셀의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있으며, 수축튜브로 인해 저하될 수 있는 젤리 롤의 전해액 함습을 원활히 하게 되는 효과가 있다.

Description

이차 전지용 파우치 셀의 젤리 롤{Jelly roll of Pouch cell for Secondary Battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극판과 분리막을 기본 구성으로 하는 이차 전지용 파우치 셀의 젤리 롤에 관한 것이다.
통상적으로 2차 전지는 재충전이 가능하고 대용량화가 가능한 것으로 대표적인 것으로 니켈카드뮴, 니켈수소 및 리튬이온전지 등이 있다. 이중에서 상기 리튬이온전지는 장 수명, 고용량 등 우수한 특성으로 인하여 차세대 동력원으로 주목받고 있다. 이 중에서, 리튬 2차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.
상기 리튬 2차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다.
이차 전지의 배터리 셀은 전지부와, 상기 전지부가 수용되는 공간을 제공하는 케이스를 포함하여 구성된다.
상기 전지부는 젤리(Jelly)를 와인딩한 형상과 같다 하여 젤리 롤(Jelly Roll)이라고도 하는데, 기존의 젤리 롤은 파우치형 케이스에 삽입 시 다음과 같은 문제점이 있었다.
상기 젤리 롤의 세퍼레이터는 얇은 막 형태로 이루어지기 때문에, 파우치 케이스에 삽입 후 밀봉하는 공정에서 젤리 롤 모서리부에 위치한 세퍼레이터가 케이스 밀봉 부에 끼워진 상태로 밀봉될 수가 있으며, 이 경우 파우치 케이스의 밀봉면과 전극탭 간의 절연저항이 저하되어 배터리 셀의 신뢰성이 저하된다. 또한 이러한 배터리 셀을 장기간 사용할 경우 부식을 유발하는 문제점도 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 젤리 롤을 절연 재질의 수축튜브로 감싸도록 하여 세퍼레이터의 케이스 밀봉부 끼워짐으로 인한 절연 저항을 개선하게 되는 이차 전지용 파우치 셀의 젤리 롤을 제공함에 있다.
또한, 수축튜브에 함습홀을 형성하여 수축튜브로 인해 저하될 수 있는 젤리 롤의 전해액 함습을 원활하게 하는 이차 전지용 파우치 셀의 젤리 롤을 제공함에 있다.
본 발명의 젤리 롤은, 전극판이 일정 간격으로 배치되며, 각각의 전극판 사이에 구비되는 세퍼레이터로 구성되는 전지부; 상기 전극판과 전기적으로 연결되며, 상기 전극판의 상부 외측으로 돌출되도록 형성되는 양극탭 및 음극탭; 및 상기 전지부를 감싸는 필름; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 필름은, 상기 양극탭 및 음극탭만 노출되도록 상기 전지부의 외면 전체를 감싸거나, 상측과 하측이 개방되는 튜브 형으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 필름은, 상기 전지부가 노출되도록 외면을 관통하는 함습홀이 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 필름은, 상기 전지부에 밀착되도록 열에 의해 수축되는 재질로 되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 이차 전지용 파우치 셀의 젤리 롤은 절연 저항이 개선된 배터리 셀의 제조가 가능하여 배터리 셀의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있으며, 수축튜브로 인해 저하될 수 있는 젤리 롤의 전해액 함습을 원활히 하게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 젤리 롤 사시도
도 2는 본 발명의 젤리 롤 분해사시도
도 3은 다른 실시 예의 배터리 셀 평면도
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예의 함습홀 평면도
도 5는 본 발명의 제1 실시 예의 도 1의 AA' 단면도
도 6은 본 발명의 제2 실시 예의 도 1의 AA' 단면도
도 7은 본 발명의 제3 실시 예의 도 1의 AA' 단면도
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 젤리 롤(100)은 전지부(10) 및 필름(20)을 포함하여 이루어지며, 전지부(10)의 일측면에는 양극탭(13)과 음극탭(14)이 돌출되어 구성된다. 상기 양극탭(13)과 음극탭(14)은 도 1에 도시된 바와 같이 일측면에 모두 구성되는 경우를 주로 하여 본 발명을 설명하고자 하나, 도 3에 도시된 배터리 셀(200)과 같이 양측면에 각각 양극탭(230)과 음극탭(240)이 형성되는 경우에도 본 발명이 적용될 수 있음은 자명하다.
상기 필름(20)은 상기 전지부(10)의 삽입이 용이할 만큼의 크기를 갖으며, 전지부(10) 삽입 후 열융착에 의해 수축하여 전지부(10)의 외면에 밀착된다.
이때 상기 전지부(10)는 케이스(2) 내에 밀봉 시 전해액과 같이 밀봉되어지며, 상기 전지부(10)가 상기 필름(20)에 감싸지면 필름(20)의 상부와 하부를 통해서만 전해질의 함습이 이루어지기 때문에 충방전 효율이 떨어질 수 있는 바, 전해질의 함습이 용이하도록 하기 위해 다음과 같은 구성을 갖게 된다.
상기 필름(20)에는 함습홀(21)이 관통 형성될 수 있다. 상기 함습홀(21)은 적어도 하나 이상 다수 개가 열과 행을 이루며 상기 필름(20)의 외면에 형성된다. 상기 함습홀(21)을 너무 많이 구성하면 필름(20)의 기능을 수행하지 못하며, 함습홀(21)을 너무 적게 구성하면 함습 기능을 제대로 수행하지 못하기 때문에 전지의 용량과 크기에 따라 적절하게 구성하는 것이 바람직하다.
상기 함습홀(21)은 도 4에 도시된 바와 같이 원형(21a), 사각형(21b), 타원형(21c) 및 삼각형(21d)과 같은 다양한 실시 예로 구현될 수 있음은 자명하다.
이하 절연 저항이 개선된 배터리 셀의 제조를 위한 본 발명의 젤리 롤(100)의 다양한 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
- 실시 예1
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예의 젤리 롤(100A)은 전극판(11A)과, 세퍼레이터(12A)를 포함하는 전지부(10A) 및 필름(20A)을 포함하여 이루어진다.
상기 전지부(10A)는 다수의 전극판(11A)이 적층되는 형태로 이루어질 수 있으며, 상기 전극판(11A)은 양극판과 음극판이 교번 적층될 수 있다. 이때 상기 양극판과 음극판 사이에는 세퍼레이터(12A)가 삽입 구성될 수 있으며, 상기와 같은 구성을 이루기 위한 제조 방법은 다음과 같다.
상기 세퍼레이터(12A)를 길이방향으로 배치한 후 상면에 전극판(11A)을 일정 간격으로 배치하게 된다. 다음으로 상기 전극판(11A)을 기준단위로 하여 상기 세퍼레이터(12A)를 와인딩하게 되면, 전지부(10A)가 완성된다. 상기 각각의 전극판(11A)은 양극탭 및 음극탭과 전기적으로 연결되어 있다.
상기 전지부(10A)의 측면은 세퍼레이터(12A)가 적층된 구조를 이루며 상기 세퍼레이터(12A)는 얇은 막의 형태를 이루기 때문에 케이스에 삽입 후 밀봉 시 밀봉면에 끼워져 밀봉되는 경우가 발생하므로 본 발명에서는 이를 방지하기 위해 다음과 같은 특징적인 구성을 갖는다.
필름(20A)은 상기 전지부(10A)를 감싸도록 구성된다. 필름(20A)은 상부와 하부가 개방되는 튜브 형태로 이루어지며, 전지부(10A)가 삽입된 후 밀착이 용이하도록 수축튜브 형태로 이루어질 수 있다. 상기 필름(20A)의 형상은 상기 전지부(10A)의 삽입이 용이하도록 상기 전지부(10A)의 외면 형상과 유사하게 이루어질 수 있다. 도면상에는 상기 전지부(10A)가 육면체로 도시되어 있으나, 단면이 타원으로 이루어지는 것이 보편적이며, 이에 따라 상기 필름(20A)의 단면형상도 타원으로 이루어질 수 있다.
- 실시 예2
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예의 젤리 롤(100B)은 전극판(11B)과, 세퍼레이터(12B)를 포함하는 전지부(10B) 및 필름(20B)을 포함하여 이루어진다.
상기 전지부(10B)는 다수의 전극판(11B)이 적층되는 형태로 이루어질 수 있으며, 상기 전극판(11B)은 양극판과 음극판이 교번 적층될 수 있다. 이때 상기 양극판과 음극판 사이에는 세퍼레이터(12B)가 삽입 구성될 수 있으며, 상기와 같은 구성을 이루기 위한 제조 방법은 다음과 같다.
세퍼레이터(12B)가 지그재그로 절곡 형성되어 다단으로 층을 이루며 구성되고, 층을 이루는 세퍼레이터와 세퍼레이터 사이에 전극판(11B)이 적층될 수 있다. 이때 상기 전극판(11B)은 양극판과 음극판이 교번 적층된다. 상기 전지부(10B) 각각의 전극판(11B)은 양극탭 및 음극탭과 전기적으로 연결되어 있다.
이하 필름(20B)의 구성은 상술된 제1 실시예의 필름(20A)의 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
- 실시 예3
도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예의 젤리 롤(100C)은 전극판(11C)과, 세퍼레이터(12C)를 포함하는 전지부(10C) 및 필름(20C)을 포함하여 이루어진다.
상기 전지부(10C)는 다수의 전극판(11C)이 적층되는 형태로 이루어질 수 있으며, 상기 전극판(11C)은 양극판과 음극판이 교번 적층될 수 있다. 이때 상기 양극판과 음극판 사이에는 세퍼레이터(12C)가 삽입 구성될 수 있으며, 상기와 같은 구성을 이루기 위한 제조 방법은 다음과 같다.
전극판(11C)이 길이 방향으로 길게 나열되며, 양극판과 음극판으로 구성되는 전극판(11C)을 세퍼레이터(12C) 사이에 위치되도록 적층한 후 길이 방향으로 적층되는 적층체를 와인딩하여 전지부를 구성한다. 적층 예로 세퍼레이터, 음극판, 세퍼레이터, 양극판을 순차적으로 적층 시킨 후 와인딩할 수 있다.
이하 필름(20C)의 구성은 상술된 제1 실시예의 필름(20A)의 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100 : 젤리 롤
10 : 전지부 11 : 전극판
12 : 세퍼레이터 13 : 양극탭
14 : 음극탭
20 : 필름 21 : 함습홀

Claims (5)

  1. 전극판이 일정 간격으로 배치되며, 각각의 전극판 사이에 구비되는 세퍼레이터를 포함하는 전지부;
    상기 전극판과 전기적으로 연결되며, 상기 전극판의 상부 외측으로 돌출되도록 형성되는 양극탭 및 음극탭; 및
    상기 전지부를 감싸는 필름;
    을 포함하여 이루어지는 이차 전지용 배터리 셀의 젤리 롤.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 필름은,
    상기 양극탭 및 음극탭만 노출되도록 상기 전지부의 외면 전체를 감싸는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 배터리 셀의 젤리 롤.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 필름은,
    상측과 하측이 개방되는 튜브 형으로 이루어지는 이차 전지용 배터리 셀의 젤리 롤.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 필름은,
    상기 전지부가 노출되도록 외면을 관통하는 함습홀이 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 배터리 셀의 젤리 롤.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 필름은,
    상기 전지부에 밀착되도록 열에 의해 수축되는 재질로 되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 배터리 셀의 젤리 롤.
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