KR20130086483A - 각형 리튬형 전지롤 구조체 - Google Patents

각형 리튬형 전지롤 구조체 Download PDF

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조계현
박정환
김두희
서명수
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영남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 일단에는 양극 전극판을 병렬방식으로 상호 연결하기 위한 제1탭이 형성된 양극 전극판을 배치하는 제1단계; 상기 양극 전극판의 상부에 분리막을 적층시키는 제2단계; 일단에는 음극 전극판을 병렬방식으로 상호 연결하기 위한 제2탭이 형성된 음극 전극판을 상기 분리막의 상부에 적층하는 제3단계; 상기 음극 전극판의 상부에 분리막을 적층시키는 제4단계; 상기 분리막의 상부에 상기 제1단계 내지 상기 제4단계를 순차적으로 수행하는 제5단계; 및 상기 제5단계를 거쳐 적층된 상기 양극 전극판 및 음극 전극판의 일단에 형성된 제1탭과 제2탭을 리벳을 이용하여 상기 제1탭과 제2탭의 상부와 하부에서 압착수단을 이용해 압착하여 포밍하는 제6단계를 거쳐 제작되는 각형 리튬형 전지롤 구조체를 제공한다.
따라서, 복수개가 적층된 양극 전극판의 일단에 형성된 제1탭과 음극 전극판의 일단에 형성된 제2탭을 리벳과 압착수단을 이용하여 제1탭과 제2탭의 상부와 하부에서 균등하게 압착하여 제1탭과 제2탭이 일측으로 심하게 절곡되는 것을 방지하여 절곡부가 절단되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.

Description

각형 리튬형 전지롤 구조체{Square lithium type cell-roll structrue}
본 발명은 각형 리튬형 전지롤 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각형 이차전지의 케이스에 내장되는 각형 리튬형 전지롤 구조체에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두 세개의 전기셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해 다수개의 진지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
모바일 기기들이 경박화되어 감에 따라 그에 사용되는 전지셀들 역시 더욱 가볍고 얇은 구조가 요구되고 있다. 또한 중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 전지셀이 요구되고 있다.
이러한 측면에서, 각형 전지, 파우치형 전지 등의 사용량이 최근 증가하고 있다. 특히 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
이러한 파우치형 전지는 양극 및 음극 사이에 분리막이 개시되어 있는 전극조립체가 라미네이트 시트의 전지케이스에 장착되는 형태로 제작되는데, 상부 공간 효율 증대를 위해 전극 탭을 V-포밍(Forming) 하여 전극 리드에 연결하게 된다.
도 1에는 종래의 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(100)는 전극조립체(300), 전극조립체(300)로부터 연장되어 있는 다수의 전극 탭들(302,304), 전극 탭들(302,304)에 용접되어 있는 전극 리드(400,410) 및 전극조립체(300)를 수용하는 케이스(200)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전극조립체(300)는 양극과 음극 사이에 개재되어 이들을 상호 절연시키는 분리막이 양극/분리막/음극 순서로 적층되어 있는 구조물이다. 전극 탭들(302,304)은 전극조립체(300)의 각 극판으로부터 연장된다. 케이스(200)는 전극조립체(300)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며 파우치 형상을 가지고 있다. 도 1에서와 같은 적층형 전극조립체(300)의 경우, 다수의 양극 탭들(302)과 다수의 음극 탭들(304)이 전극 리드(400,410)에 함께 결합될 수 있도록, 케이스(200) 내부 상단은 전극조립체(300)로부터 이격되어 있다.
도 2에는 도 1의 이차전지에서 양극 탭들이 밀집된 형태로 결합되어 양극 리드에 연결되어 있는 케이스 내부 상단의 부분 확대도가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 전극조립체(300)의 양극 집전체(310)로부터 연장되게 돌출되어 있는 다수의 양극 탭들(302)은 용접에 의해 일체로 결합된 융착부(322)의 형태로 양극 리드(400)에 연결된다. 그러한 양극 리드(400)는 양극 탭 융착부(322)가 연결되어 있는 대향 단부(402)가 노출된 상태로 전지케이스(200)에 의해 밀봉된다. 다수의 양극 탭들(302)이 일체로 결합되어 융착부(322)를 형성함으로 인해, 전지케이스(200)의 내부 상단은 전극조립체(300)의 상단면으로부터 일정한 거리만큼 이격되어 있고, 융착부(322)의 양극 탭들(322)은 V자 형상을 이룬다.
그러나, 상기 융착부(322)의 양극 탭들(322)이 상부와 하부의 일측에서 압착되어 일측으로 절곡되는 형상을 가짐으로 인하여 압착되는 부위의 양극 탭들(322)이 변형이 심하고, 그로 인하여 변형이 심한 양극 탭들(322)의 절곡부위가 절단되는 문제점이 있었다.
본 발명은 복수개가 적층된 양극 전극판의 일단에 형성된 제1탭과 음극 전극판의 일단에 형성된 제2탭을 리벳과 압착수단을 이용하여 제1탭과 제2탭의 상부와 하부에서 압착하여 포밍하여 복수개의 양극 전극판과 음극 전극판을 연결한 각형 리튬형 전지롤 구조체를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 일단에는 양극 전극판을 병렬방식으로 상호 연결하기 위한 제1탭이 형성된 양극 전극판을 배치하는 제1단계; 상기 양극 전극판의 상부에 분리막을 적층시키는 제2단계; 일단에는 음극 전극판을 병렬방식으로 상호 연결하기 위한 제2탭이 형성된 음극 전극판을 상기 분리막의 상부에 적층하는 제3단계; 상기 음극 전극판의 상부에 분리막을 적층시키는 제4단계; 상기 분리막의 상부에 상기 제1단계 내지 상기 제4단계를 순차적으로 수행하는 제5단계; 및 상기 제5단계를 거쳐 적층된 상기 양극 전극판 및 음극 전극판의 일단에 형성된 제1탭과 제2탭을 리벳을 이용하여 상기 제1탭과 제2탭의 상부와 하부에서 압착수단을 이용해 압착하여 포밍하는 제6단계를 거쳐 제작되는 각형 리튬형 전지롤 구조체를 제공한다.
본 발명에 따른 전극조립체의 상기 양극 전극판과 상기 음극 전극판을 적층 시에 상기 양극 전극판의 일단에 형성된 제1탭과 상기 음극 전극판의 일단에 형성된 제2탭은 수평선상으로 이격되게 형성될 수 있고, 상기 리벳은 상기 제1탭과 상기 제2탭이 삽입되는 방향으로 테이퍼진 중공 구조를 가질 수 있으며, 상기 리벳의 중공은 원형 및 사각의 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 각형 리튬형 전지롤 구조체는 복수개가 적층된 양극 전극판의 일단에 형성된 제1탭과 음극 전극판의 일단에 형성된 제2탭을 리벳과 압착수단을 이용하여 제1탭과 제2탭의 상부와 하부에서 균등하게 압착하여 제1탭과 제2탭이 일측으로 심하게 절곡되는 것을 방지하여 절곡부가 절단되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 파우치형 이차전지의 일반적인 구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차전지에서 양극 탭들이 밀질된 형태로 결합되어 양극리드에 연결되어 있는 전지케이스의 내부 상단의 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명에 따른 각형 리튬형 전지롤 구조체를 제작하는 단계를 도시한 순서도이다.
도 4는 양극 전극판과 음극 전극판 및 분리막이 적층되는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 리벳과 압착수단을 이용하여 제1탭과 제2탭을 압착하는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 제1탭과 제2탭이 압착된 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 리벳을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명에 따른 각형 리튬형 전지롤 구조체를 제작하는 단계를 도시한 순서도이고, 도 4는 양극 전극판과 음극 전극판 및 분리막이 적층된 상태를 도시한 도면이며, 도 5는 리벳과 압착수단을 이용하여 제1탭과 제2탭을 압착하는 상태를 도시한 도면이고, 도 6은 제1탭과 제2탭이 압착된 상태를 도시한 도면이며, 도 7은 도 5에 도시된 리벳을 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 각형 리튬형 전지롤 구조체(1)는 양극 전극판(10)을 배치하는 제1단계(S10)와, 상기 양극 전극판(10)의 상부에 분리막(20)을 적층시키는 제2단계(S20)와, 상기 분리막(20)의 상부에 음극 전극판(30)을 적층시키는 제3단계(S30)와, 상기 음극 전극판(30)의 상부에 분리막(20)을 적층시키는 제4단계(S40)와, 상기 음극 전극판(30)의 상부에 적층된 상기 분리막(20)의 상부에 상기 제1단계 내지 제4단계를 순차적으로 수행하는 제5단계(S50)와, 상기 제1단계 내지 제5단계를 거쳐 상기 양극 전극판(10)과 음극 전극판(30)의 일단에 형성된 제1탭(12)과 제2탭(32)을 리벳(40)과 압착수단(50)를 이용하여 압착하여 포밍하는 제6단계(S60)를 거쳐 제작된다.
상기 제1단계(S10)는 양극 전극판(10)를 배치하는 단계로서, 상기 양극 전극판(10)의 일단에는 상기 양극 전극판(10)을 병렬방식으로 상호 연결하기 위한 제1탭(12)이 형성된다. 상기 제1탭(12)은 상기 양극 전극판(10)의 일단 일측에 형성되며, 상기 제1탭(12)은 상기 양극 전극판(10)의 일단에서 사각형상을 가지도록 돌출되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며 사각형상이 아닌 끝단이 라운드진 형상을 가질 수 있다. 상기 양극 전극판(10)은 직사각형상을 가지는 것이 바람직하나, 직사각형이 아닌 이차 전지케이스(미도시)의 형상에 맞게 형상이 변형될 수 있다.
상기 제1단계(S10)를 수행한 후, 상기 양극 전극판(10)의 상부에 분리막(20)을 적층시키는 제2단계(S20)를 거치게 된다. 상기 분리막(20)은 상기 제1탭(12)을 제외한 상기 양극 전극판(10)의 형상과 동일한 형상을 가지는 것이 바람직하며, 상기 분리막(20)는 절연성질을 가지는 것이 바람직하다. 상기 분리막(20)이 절연재질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1단계(S10)와 상기 제2단계(S20)를 거쳐 양극 전극판(10)의 상부에 적층된 분리막(20)의 상부에는 음극 전극판(30)을 적층시키는 제3단계(S30)를 거치게 된다.
상기 음극 전극판(30)의 일단에는 상기 음극 전극판(30)을 병렬방식으로 상호 연결하기 위한 제2탭(32)이 형성된다. 상기 제2탭(32)은 상기 음극 전극판(30)의 일단 일측에 형성되며, 상기 제2탭(32)은 상기 음극 전극판(30)의 일단에서 사각형상을 가지도록 돌출되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며 사각형상이 아닌 끝단이 라운드진 형상을 가질 수 있다. 상기 음극 전극판(10)은 상기 양극 전극판(10)과 동일한 형상을 가지며, 상기 양극 전극판(10)과 상기 음극 전극판(30)을 적층 시, 상기 음극 전극판(30)의 일단에 형성된 제2탭(32)은 상기 양극 전극판(10)의 일단에 형성된 제1탭(12)과 수평선상으로 이격되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제3단계(S30)를 거쳐 양극 전극판(10)과 분리막(20) 및 음극 전극판(30) 순으로 적층된 상기 음극 전극판(30)의 상부에 분리막(20)를 적층시키는 제4단계(S40)를 거치게 된다.
상기 음극 전극판(30)의 상부에 분리막(20)를 다시 적층시키는 목적은 상기 음극 전극판(30)의 상부에 양극 전극판(10)를 다시 적층시키기 위함이다. 상기 분리막(20)이 양극 전극판(10)과 음극 전극판(30)의 사이에 배치됨으로 인하여 상기 양극 전극판(10)과 상기 음극 전극판(30)이 접지하여 전기가 빠져나가는 것을 방지하게 된다.
상기 제4단계(S40)를 거쳐 양극 전극판(10)과 분리막(20) 및 음극 전극판(30)과 분리막(20) 순으로 적층된 상기 분리막(20)의 상부에 상기 제1단계(S10) 내지 상기 제4단계(S40)를 순차적으로 수행하는 제5단계(S50)를 거치게 된다.
상기 제5단계(S50)를 거침으로 인하여 복수개의 상기 양극 전극판(10)과 분리막(20) 및 음극 전극판(30)을 이차 전지케이스(미도시)의 두께만큼 적층시키게 된다.
상기 제5단계(S50)를 거쳐 적층된 상기 양극 전극판(10) 및 음극 전극판(30)의 일단에 형성되어 복수개가 적층된 제1탭(12)와 제2탭(32)을 리벳(40)과 압착수단(50)를 이용해 압착하여 포밍하는 제6단계(S60)를 거치게 된다.
상기 제6단계(S60)에서 상기 제1탭(12)와 상기 제2탭(32)을 압착 시에 사용되는 리벳(40)은 상기 제1탭(12)와 상기 제2탭(32)이 삽입되는 방향으로 테이퍼진 중공구조를 가지며, 상기 리벳(40)의 중공은 타원형 및 사각형상을 가지는 것이 바람직하다.
상기 제1탭(12)와 상기 제2탭(32)은 용접, 솔러링, 기계적 체결부재 등 다양한 방식으로 상호 연결될 수 있으며, 바람직하게는 상기 제1탭(12)와 상기 제2탭(32)이 삽입될 수 있는 중공구조의 리벳에 의해 상호 연결될 수 있다.
상기 리벳(40)은 중공 구조로 이루어진 상단면(42)과 중공의 원형 구조로 이루어진 하단면(44)를 포함한다. 상기 하단면(44)의 장축(R1)은 상기 상단면(42)의 장축(r1)과 동일하거나 약간 큰 정도로 형성된다. 상기 상단면(42)의 단축(r2)은 상기 하단면(44)의 단축(R2)보다 휠씬 작으므로, 전체적인 형상에서 상기 리벳(40)은 단축 기준으로 하향 테이퍼되어 있는 구조로 이루어져 있다.
상기 압착수단(50)은 상기 리벳(40)의 외부에서 상기 제1탭(12)와 상기 제2탭(32)의 상부와 하부에서 압착하여 적층되어 분리된 상기 제1탭(12)와 상기 제2탭(32)를 압착하여 일체로 연결하는 역할을 한다. 상기 압착수단(50)으로는 프레스 등과 같은 압착기계가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 리벳(40)을 사용함으로 인하여 전기적 접속을 위한 용접 시의 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 용접 등을 행할 때 용접 부위가 전극 활물질에 근접함으로 인해, 전극 활물질의 열화, 내부단락의 위험성을 감소시킬 수 있다.
상기 리벳(40)이 사용되지 않고, 압착수단(50)을 이용하여 제1탭(12)와 제2탭(32)을 상기 압착수단(50)으로 상기 제1탭(12)와 상기 제2탭(32)의 상부와 하부에서 균등하게 압착하여 상기 제1탭(12)와 상기 제2탭(32)를 각각 일체로 연결할 수 있다.
따라서, 복수개가 적층된 양극 전극판(10)의 일단에 형성된 제1탭(12)과 음극 전극판(30)의 일단에 형성된 제2탭(32)을 리벳(40)과 압착수단(50)을 이용하여 제1탭(12)과 제2탭(32)의 상부와 하부에서 균등하게 압착하여 복수개의 제1탭(12)과 제2탭(32)을 일체로 연결 시에 연결부위가 일측으로 심하게 절곡되는 것을 방지하여 절곡부가 절단되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1 : 각형 리튬형 전지롤 구조체 10 : 양극 전극판
12 : 제1탭 20 : 분리막
30 : 음극 전극판 32 : 제2탭
40 : 리벳 50 : 압착수단

Claims (4)

  1. 일단에는 양극 전극판을 병렬방식으로 상호 연결하기 위한 제1탭이 형성된 양극 전극판을 배치하는 제1단계;
    상기 양극 전극판의 상부에 분리막을 적층시키는 제2단계;
    일단에는 음극 전극판을 병렬방식으로 상호 연결하기 위한 제2탭이 형성된 음극 전극판을 상기 분리막의 상부에 적층하는 제3단계;
    상기 음극 전극판의 상부에 분리막을 적층시키는 제4단계;
    상기 분리막의 상부에 상기 제1단계 내지 상기 제4단계를 순차적으로 수행하는 제5단계; 및
    상기 제5단계를 거쳐 적층된 상기 양극 전극판 및 음극 전극판의 일단에 형성된 제1탭과 제2탭을 리벳을 이용하여 상기 제1탭과 제2탭의 상부와 하부에서 압착수단을 이용해 압착하여 포밍하는 제6단계를 거쳐 제작되는 각형 리튬형 전지롤 구조체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극 전극판과 상기 음극 전극판을 적층 시에 상기 양극 전극판의 일단에 형성된 제1탭과 상기 음극 전극판의 일단에 형성된 제2탭은 수평선상으로 이격되게 형성되는 각형 리튬형 전지롤 구조체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 리벳은 상기 제1탭과 상기 제2탭이 삽입되는 방향으로 테이퍼진 중공 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 각형 리튬형 전지롤 구조체.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 리벳의 중공은 원형 및 사각의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 각형 리튬형 전지롤 구조체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107824634A (zh) * 2017-10-30 2018-03-23 辽宁科技大学 一种动力电池极耳压平装置及方法
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