KR20140032713A

KR20140032713A - 함침성을 향상시킨 이차전지

Info

Publication number: KR20140032713A
Application number: KR1020120099356A
Authority: KR
Inventors: 정소미; 김정수; 박신영; 남상봉; 이향목; 서동희
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2014-03-17

Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 전극조립체를 수용하는 케이스와 상기 케이스의 바닥면에 대향하는 상기 전극조립체의 하단면에 부착되며, 복수개의 홀을 갖는 절연 테이프를 포함하여 구성된다.

Description

함침성을 향상시킨 이차전지{secondary battery having improved electrolyte wetting property}

본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.

최근, 충방전이 가능하고 가벼우면서도 에너지 밀도 및 출력 밀도가 높은 리튬이차전지가 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 기존 내연 기관 자동차의 대기오염 및 온실가스 문제를 해결하기 위한 대체방안으로 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV), 배터리 전기자동차(BEV), 전기자동차(EV) 등이 제시되고 있는데, 리튬이차전지는 이러한 내연기관 대체 자동차의 동력원으로서도 주목받고 있다.

리튬이차전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지와 고분자 전해질을 사용하는 리튬폴리머전지로 분류되며, 전극조립체가 수용되는 외장재의 형상에 따라 원통형, 각형 또는 파우치형으로 분류된다.

통상적으로, 각형 이차전지에 채용되는 전극조립체는 양극판, 분리막, 음극판을 적층하고 이를 권취한 젤리-롤 형태를 가진다.

여기서, 양극판은 양극 집전체에 양극 활물질이 코팅된 양극 코팅부와, 코팅되지 않은 양극 무지부로 이루어져 있으며, 음극판의 경우도 마찬가지로, 음극 집전체에 음극 활물질이 도포된 음극 코팅부와, 코팅되지 않은 음극 무지부로 이루어져 있다. 상기 양극 무지부 및 음극 무지부에는 각각 전극탭이 설치되어진다. 상기 양극판과 음극판 사이에는 다공성 분리막이 개재되는데, 상기 분리막은 양극판과 음극판 사이를 상호 절연하는 한편, 극판들간에 활물질 이온이 교환될 수 있게 함으로써 전기화학 반응을 일으킨다.

도 1은 각형 이차 전지의 구조를 나타내며, 도 2는 전극조립체의 하부를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 각형 전지(50)는 젤리-롤형 전극조립체(10)가 각형 금속 케이스(20)에 내장되어 있고 케이스(20)의 개방 상단에 돌출형 전극단자(예를 들어, 음극단자: 32)가 형성되어 있는 탑 캡(30)을 결합하는 구조로 이루어져 있다.

전극조립체(10)의 음극은 음극 탭(12)을 통해 탑 캡(30) 상의 음극단자(32)의 하단에 전기적으로 연결되며, 그러한 음극단자(32)는 절연부재(34)에 의해 탑 캡(30)으로부터 절연되어 있다. 반면에, 전극조립체(10)의 또 다른 전극(예를 들어, 양극)은 그것의 양극 탭(14)이 알루미늄, 스테인리스 스틸 등과 같은 도전성 소재로 되어 있는 탑 캡(30)에 전기적으로 연결되어 그 자체로서 양극단자를 형성한다.

여기에서, 전극 탭들(12, 14)을 제외하고 전극조립체(10)와 탑 캡(30)의 전기적 절연 상태를 보장하기 위하여, 각형 케이스(20)와 전극조립체(10) 사이에 시트형 절연부재(40)를 삽입한다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 각형 케이스(20)의 하부 즉, 각형 케이스(20)의 바닥면과 전극조립체(10) 사이의 절연을 보장하기 위해 절연 테이프(60)가 전극조립체(10)의 하단면에 부착되어 각형 케이스(20) 내에 삽입된다. 또한, 이 절연 테이프(60)는 전극조립체(10)가 각형 케이스(20) 내에 삽입될 때 전극조립체(10)의 삽입성을 향상시킨다.

각형 케이스(20)에 전극조립체(10)를 삽입한 후, 탑 캡(30)을 덮고, 탑 캡(30)과 케이스(20)의 접촉면을 따라서 용접으로 이들을 결합한다. 그런 다음, 전해액 주입구(43)를 통해 전해액을 주입한 후 용접하여 밀봉하고, 에폭시 등으로 용접 부위를 도포함으로써 전지가 제조된다.

그런데, 상기 전해액의 주입시, 전극과 분리막의 초기 함침성 향상을 위해 상기 절연 테이프(60)를 제거하는 것이 가장 좋은 방법이지만, 각형 케이스와 전극조립체 사이의 절연을 위해 절연 테이프(60)의 부착이 필요하다.

한국공개특허 제2004-0042375호

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 이차전지의 함침성을 향상시킨 이차 전지를 제조할 수 있도록 하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 바닥면에 대향하는 상기 전극조립체의 하단면에 부착되며, 복수개의 홀을 갖는 절연 테이프를 포함한다.

상기 복수개의 홀은 상기 절연 테이프의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 형성될 수 있다.

상기 복수개의 홀은 상기 절연 테이프의 중심 영역 상에 형성될 수 있다.

상기 복수개의 홀은 원형의 형상을 가질 수 있다.

상기 복수개의 홀은 각각 0.5 내지 3 mm의 범위 내에서 결정된 직경을 가질 수 있다.

상기 복수개의 홀은 타원형의 형상을 가질 수 있다.

상기 절연 테이프는 상기 전극조립체의 하단면보다 큰 크기를 가질 수 있다.

상기 절연 테이프는 상기 전극조립체의 하단면의 길이 방향의 크기보다 1 내지 3 mm 의 범위에서 정해진 크기만큼 더 클 수 있다.

상기 절연 테이프는 상기 전극조립체의 하단면의 폭 방향의 크기보다 0.2 mm 만큼 더 클 수 있다.

상기 절연 테이프는 상기 케이스의 바닥면과 동일한 형상을 가질 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 이차전지를 복수로 포함하는 전기화학소자를 제공한다.

상기 전기화학소자는, 다수의 이차전지를 포함하는 전지모듈 및 다수의 전지의 모듈을 포함하는 전지팩으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

종래에는 이차전지의 제조 공정에서 전해액 주입시 젤리롤 전극조립체의 하부에 부착된 절연 테이프로 인해 전해액의 함침 경로를 막아 초기 함침성이 저하하는 문제점이 있었다.

본 발명에 따라, 종래 문제점을 해결하기 위해 젤리롤 전극조립체의 하부에 부착된 절연 테이프에 복수개의 홀을 형성하여 전해액의 주입시 초기 함침성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 각형 이차 전지의 구조를 나타내며,
도 2는 종래 전극조립체의 하부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 이차전지의 분리사시도이다.
도 4는 도 2의 전극조립체에 절연 테이프가 부착된 상태를 나타낸 투시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 테이프를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 테이프를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 3은 본 발명에 따른 이차전지의 분리사시도를 도시한 것이며, 도 4는 도 2의 전극조립체에 절연 테이프가 부착된 상태를 나타낸 투시도이다.

도 3 및 도 4을 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지(100)는 양극판(111), 음극판(113) 및 분리막(115)을 포함하는 전극조립체(100)를 전해질(미도시)과 함께 케이스(120) 내부에 밀봉하여 형성될 수 있다. 이 경우, 케이스(120)은 하부커버(170)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 케이스(120)는 하부 커버(170)와 일체로 형성될 수 있음을 당업자에게 자명하다.

구체적으로, 이차 전지(100)는, 양극판(111), 음극판(113), 및 분리막(115)의 적층체가 젤리-롤 형태로 권취된 전극조립체(110)와, 전극조립체(110)와 전해질(미도시)을 수용하도록 상단이 개구된 케이스(120)과, 케이스(120)의 상단을 밀봉하는 캡 플레이트(도시 생략)를 포함한다. 상기 캡 플레이트와 케이스(120)의 맞닿는 부분은 레이저 용접으로 기밀성 결합을 형성할 수 있다. 젤리-롤형 전극조립체(110)는 활성물질이 도포된 양극판(111) 및 음극판(113)과 그 사이에 개재되는 분리막(115)이 적층하고 이들을 권취하여 전극 젤리롤을 형성하고, 상기 전극 젤리롤의 외면에 마감 테이프를 부착하고, 상기 마감테이프가 부착된 상기 전극 젤리롤을 압착하여 형성된다.

상기 양극판(111)과 음극판(113)의 적어도 일 개소에는 양극탭(117) 및 음극탭(19)이 접속될 수 있다. 예를 들어, 상기 양극탭(117)은 캡 플레이트(도시생략) 자체에 접속될 수 있고, 상기 음극탭(119)은 캡 플레이트의 상면으로 인출된 전극단자에 접속될 수 있다.

한편, 전극조립체(110)의 외주 면에는 이면에 접착제를 도포한 절연성의 라벨시트(미도시)가 감겨 부착된다. 또한, 상기 전극조립체(110)의 바닥에는 케이스(120)의 바닥면과 전극조립체(110) 사이의 절연을 보장하기 위해 절연 테이프(180)이 부착된다. 또한, 절연 테이프(180)는 전극조립체(110)의 하단면에 부착되어 케이스(120) 내에 삽입될 때 전극조립체(110)의 삽입성을 향상시킨다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 테이프를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 전극조립체(110)의 하부 즉, 전극조립체의 바닥면에 부착되는 절연 테이프(180)는 복수개의 홀(182)을 포함한다.

도시된 바와 같이, 절연 테이프(180)는 젤리롤형 전극조립체의 하단면 즉, 바닥면과 약간 크거나 유사한 크기를 갖는다. 예컨대, 절연 테이프(180)의 길이방향 크기는 (전극조립체의 하단면의 길이방향 크기+2)의 크기보다 1mm 만큼 작거나 클 수 있다. 또한, 절연 테이프(180)의 폭방향 크기는 전극조립체의 하단면의 폭방향 크기보다 0.2 mm 만큼 작거나 클 수 있다. 절연 테이프는 상기 케이스의 바닥면과 동일한 형상을 갖는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 절연 테이프(180)는 케이스(120)의 바닥면과 전극조립체(110) 사이의 절연을 보장하기 위해 전극조립체(110)의 하단면에 부착된다. 따라서, 절연 테이프(180)는 케이스(120)의 바닥면과 동일한 형상을 갖는다. 또는 절연 테이프(180)는 전극조립체(110)의 하단면과 유사한 형상을 가질 수 있다.

상기 복수개의 홀(182)은 상기 절연 테이프(180)의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 형성되어 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 복수개의 홀(182)은 상기 절연 테이프(180) 상에 불규칙적으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 복수개의 홀(182)은 상기 절연 테이프(180)의 중심 영역에 형성되어 있다.

이에 대해 설명하면, 전해액이 케이스(120)에 주입될 때, 케이스(120)와 전극조립체(110) 사이에는 공간이 존재하여 전해액이 그 사이로 쉽게 주입된다. 그러나, 전극조립체(110)는 양극판(111), 음극판(113), 및 분리막(115)의 적층체가 젤리-롤 형태로 권취되어 있기 때문에, 전극조립체(110)의 양극판(111), 음극판(113), 및 분리막(115) 사이에 제공되지 힘들다.

그러므로, 전극조립체(110)의 하단면에 부착되는 절연 테이프(180)에서 중심 영역에 홀(182)이 존재하면, 이 홀(182)를 통해 전극조립체(110)의 하단면으로 전해액이 삽입될 수 있다. 따라서. 복수개의 홀(182)은 절연 테이프(180)의 중심 영역에 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 실시예에서 상기 복수개의 홀(182)은 원형의 형상을 갖는다. 도 5에 도시된 바와 같이, 원형의 홀(182)은 0.5 내지 3.0 mm의 범위에서 결정된 갖는다. 예컨대, 홀(182)의 크기는 홀의 개수에 따라 결정될 수 있다. 홀의 개수가 작으면 홀의 크기가 클 수 있고, 홀의 개수가 크면 홀의 크기가 작을 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 테이프를 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 절연 테이프(180)은 복수개의 홀(184)을 갖는데, 본 발명의 일 실시예와는 다르게, 홀은 타원형의 형상을 갖는다. 전술한 실시예와 유사하게, 절연 테이프(180)의 홀들은 절연 테이프(180)의 중심 영역에 형성되어 있다. 그에 따라, 전해액이 케이스(120)에 주입될 때, 홀(184)을 통해 전해액이 흘러들어 전극조립체(110)의 함침성이 향상될 수 있다.

전술한 실시예들에서 절연 테이프(180)에 형성된 홀은 원형 또는 타원형을 형상을 갖는 것으로 설명되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 절연 테이프(180)에 형성되는 홀은 어떠한 형상도 가능함은 당업자에게 자명하다.

본 발명에 따른 이차전지는, 이를 단위 전지로 하는 중대형 전지모듈에 적용될 수 있음은 물론, 전지 모듈을 포함하는 전지 팩에 적용되는 경우, 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)로 이루어진 군에서 선택된 전기차; 이-바이크(E-bike); 이-스쿠터(E-scooter); 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 및 전기 상용차로 이루어진 중대형 디바이스 군에서 선택된 하나 이상의 전원으로 사용될 수 있다.

중대형 전지모듈은 다수의 단위전지들을 직렬 방식 또는 직렬/병렬 방식으로 연결하여 고출력 대용량을 제공하도록 구성되어 있으며, 그에 대해서는 당업계에 공지되어 있으므로 본 명세서에는 관련 설명을 생략한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110: 전극조립체
120: 케이스
170: 하부 커버
180: 절연 테이프

Claims

전극조립체를 수용하는 케이스;
상기 케이스의 바닥면에 대향하는 상기 전극조립체의 하단면에 부착되며, 복수개의 홀을 갖는 절연 테이프;를 포함하는 이차 전지.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 홀은 상기 절연 테이프의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 이차 전지.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 홀은 상기 절연 테이프의 중심 영역 상에 형성되는 이차 전지.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 홀은 원형의 형상을 갖는 이차 전지.
청구항 4에 있어서,
상기 복수개의 홀은 각각 0.5 내지 3 mm의 범위 내에서 결정된 직경을 갖는 이차 전지.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 홀은 타원형의 형상을 갖는 이차 전지.
청구항 1에 있어서,
상기 절연 테이프는 상기 전극조립체의 하단면보다 큰 크기를 갖는 이차 전지.
청구항 7에 있어서,
상기 절연 테이프는 상기 전극조립체의 하단면의 길이 방향의 크기보다 1 내지 3 mm 의 범위에서 정해진 크기만큼 더 큰 이차 전지.
청구항 7에 있어서,
상기 절연 테이프는 상기 전극조립체의 하단면의 폭 방향의 크기보다 0.2 mm 만큼 더 큰 이차 전지.
청구항 6에 있어서,
상기 절연 테이프는 상기 케이스의 바닥면과 동일한 형상을 갖는 이차 전지.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항의 이차전지를 복수로 포함하는 전기화학소자.
청구항 11에 있어서,
상기 전기화학소자는,
다수의 이차전지를 포함하는 전지모듈 및 다수의 전지의 모듈을 포함하는 전지팩으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 전기화학소자.