KR20140121205A - 이차 전지 및 이의 외면을 절연시키는 방법 - Google Patents

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Abstract

이차 전지 및 이의 외면을 절연시키는 방법이 개시된다. 이차 전지는 제1전극판, 세퍼레이터, 제2전극판을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수용되는 내부 공간을 가지는 캔; 상기 캔을 덮는 것으로, 상기 전극 조립체의 전극 탭을 외부로 노출하기 위해 상하로 관통된 단자 삽입부가 형성된 캡 플레이트; 상기 캔의 외면에 접착된 점착성 테이프;를 포함한다.

Description

이차 전지 및 이의 외면을 절연시키는 방법{Secondary battery and method of insulating the outer surface of the same}
본 발명은 이차 전지 및 이의 외면을 절연시키는 방법에 대한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 버스 바(bus bar)를 이용하여 전기적으로 연결하여 하나의 단위로 묶은 이차 전지의 형태로 사용되기도 한다.
이러한 이차 전지는 양극판, 세퍼레이터, 음극판을 구비하는 전극 조립체와 이를 수용하는 케이스, 케이스를 덮는 캡 플레이트 및 전극 조립체를 전기적으로 케이스 외부로 노출하는 단자부를 포함하여 이루어진다. 케이스는 캔 또는 파우치 형태를 가질 수 있고, 통상, 알루미늄등의 금속 재질로 이루어져, 그 외면에는 외부와의 절연성을 확보하기 위한 절연막이 형성된다. 절연막의 코팅을 위해, 스프레이 방법이나 디핑 방법이 사용되고 있으며, 이러한 후처리 공정시 전지의 수명에 영향을 끼치지 않고, 신뢰성 및 전기적 안전성을 확보하는 것이 필요하다.
본 개시는 이차 전지 및 이의 외면을 절연시키는 방법에 대한 것이다.
일 유형에 따르는 이차 전지는 제1전극판, 세퍼레이터, 제2전극판을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수용되는 내부 공간을 가지는 캔; 상기 캔을 덮는 것으로, 상기 전극 조립체를 외부로 노출하기 위한 전극 탭이 삽입되도록 상하로 관통된 단자 삽입부가 형성된 캡 플레이트; 상기 캔의 외면에 접착된 점착성 테이프;를 포함한다.
상기 캔의 외면은 상기 점착성 테이프 외에, 절연을 위한 코팅층이 형성되지 않은 것을 특징으로 한다.
상기 캔은 각형이고, 그 외면은 직사각형 형상의 바닥면과, 상기 바닥면을 둘러싸며 상기 내부 공간을 형성하는 제1면, 제2면, 제3면, 제4면으로 이루어질 수 있다.
상기 점착성 테이프는 상기 제1면으로부터 상기 바닥면을 경유하여 상기 제1면과 마주하는 제2면에 걸쳐 연속적으로 접착될 수 있고, 이 때, 상기 제1면과 제2면은 상기 캔의 외면 중 폭이 넓은 면에 해당하는 정면과 후면일 수 있다.
상기 제3면과 제4면에는 상기 점착성 테이프가 두 겹 이상으로 겹친 영역이 형성될 수 있고, 이 때, 상기 제3면과 제4면의 영역 중 상기 바닥면과 만나는 변으로부터 위쪽으로 소정 길이만큼 연장된 영역은 상기 점착성 테이프가 세 겹으로 겹쳐 형성될 수 있다.
상기 점착성 테이프를 펼친 전개도는
상기 바닥면, 제1면, 제2면, 제3면, 제4면에 각각 대응하는 영역과 함께, 상기 바닥면, 제1면, 제2면, 제3면, 제4면 중 적어도 일부에 중복 점착되는 중복 영역을 더 포함하는 형상일 수 있다.
상기 중복 영역은 상기 바닥면을 둘러싸는 제1면, 제2면, 제3면, 제4면 중 폭이 좁은 측면인 제3면에 대응하는 형상의 영역을 포함할 수 있고, 또한, 상기 제3면과 마주하는 제4면에 대응하는 형상의 영역을 포함할 수 있다.
또한, 상기 중복 영역은 상기 제3면의 영역 중, 상기 바닥면과 만나는 변으로부터 위쪽으로 소정 길이만큼 연장된 영역에 대응하는 영역을 더 포함할 수 있고, 또한, 상기 제4면의 영역 중, 상기 바닥면과 만나는 변으로부터 위쪽으로 소정 길이만큼 연장된 영역에 대응하는 영역을 더 포함할 수 있다.
상기 점착성 테이프를 펼친 전개도는 직사각형 형상일 수 있다.
상기 이차 전지는 리튬 이온이 상기 제1전극판과 제2전극판 사이에서의 이동으로 충, 방전이 이루어지는 리튬 이온 이차 전지일 수 있다.
상기 점착성 테이프는 PET(Polyethylene Terephtalate), PI(Polyimide), PP (Polypropylene)중 어느 한 재질로 이루어진 필름에 점착제가 도포되어 이루어질 수 있다.
상기 이차 전지의 절연 저항이 1GΩ이상일 수 있다.
또한, 일 유형에 따르면, 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수용되는 내부 공간을 가지는 캔, 상기 캔을 덮는 것으로, 상기 전극 조립체를 외부로 노출하기 위한 전극 탭이 삽입되도록 상하로 관통된 단자 삽입부가 형성된 캡 플레이트를 포함하는 이차 전지의 캔 외부를 절연시키는 방법에 있어서, 상기 방법은 상기 캔의 외면을 이루는 복수의 면을 점착성 테이프로 감아 붙이는 것을 특징으로 한다.
상기 이차 전지의 캔 외부를 절연시키는 방법은 상기 캔의 외면을 상기 점착성 테이프로 감아 붙이는 외에, 다른 절연 처리 공정을 수행하지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 캔은 각형이고, 그 외면은 직사각형 형상의 바닥면과, 상기 바닥면을 둘러싸며 상기 내부 공간을 형성하는 제1면, 제2면, 제3면, 제4면으로 이루어지고, 상기 제1면, 제2면, 제3면, 제4면의 영역 중 상기 바닥면과 인접한 일부 영역은 상기 점착성 테이프가 두 겹 이상으로 겹쳐 형성될 수 있다.
상기 일부 영역은 상기 점착성 테이프가 상기 각형 캔의 외면을 감는 마감 위치가 될 수 있다.
상기 점착성 테이프를 펼친 전개도는 상기 바닥면, 제1면, 제2면, 제3면, 제4면에 각각 대응하는 영역과 함께, 상기 바닥면, 제1면, 제2면, 제3면, 제4면 중의 상기 일부 영역에 중복 점착될 중복 영역을 더 포함하는 형상일 수 있다.
상기 점착성 테이프를 펼친 전개도는 직사각형 형상일 수 있다.
상술한 이차 전지는 캔의 외면을 절연시킴에 있어 점착성 테이프를 감아 붙이는 방법을 사용하여 공정이 간소하며 생산성이 높다.
또한, 점착성 테이프를 감아 붙이는 공정 외에, 절연 코팅막을 스프레이나 디핑 등의 방법으로 형성하는 후처리 공정을 사용하지 않아, 전지의 수명을 저하시키는 염려가 없다.
또한, 캔의 하부 모서리 부분을 서로 다른 방향에서 감아 붙여지는 접착면을 이용하여 마감하고 있어, 실링 효과가 높고 따라서, 이차 전지의 절연 저항이 높다.
도 1은 실시예에 따른 이차 전지의 구조를 보인 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 전극 조립체를 전개하여 도시한 사시도이다.
도 3a 내지 도 3e는 실시예에 따른 이차전지의 캔을 절연하는 방법을 보인다.
도 4a 내지 도 4c는 실시예에 따른 이차전지의 캔을 절연하는 방법의 다른 예를 보인다.
도 5a 내지 도 5c는 실시예에 따른 이차전지의 캔을 절연하는 방법의 또 다른 예를 보인다.
도 6은 실시예에 따른 이차전지의 절연 저항을 측정하는 방법을 보인다.
도 7은 다른 실시예에 따른 이차전지의 구조를 보인 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 전극 조립체를 전개하여 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에서 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 이차 전지(1)의 구조를 보인 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 전극 조립체(100)를 전개하여 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 이차 전지(1)는 전극 조립체(100), 전극 조립체(100)가 수용되는 내부 공간을 가지는 캔(410), 캔(410)을 덮는 것으로, 전극 조립체(100)의 전극 탭을 외부로 노출하기 위해 상하로 관통된 단자 삽입부가 형성된 캡 플레이트(450) 및 캔(410)의 외면에 접착된 점착성 테이프(500)를 포함한다.
본 실시예의 이차 전지(1)는 전극 조립체(100)가 수용되는 캔(410)의 외면을 간소한 방법으로 효과적으로 절연시키는 구조를 제시하고 있으며, 이를 위해, 상기 외면에는 점착성 테이프(500) 외에, 다른 절연 부재, 예를 들어, 절연성 코팅층 등이 형성되지 않는다.
이하, 이차 전지(1)의 보다 상세한 구성을 살펴보기로 한다.
도 2를 참조하면, 전극 조립체(100)는 일 방향을 따라 띠 형태로 연장 형성된 제1전극판(110), 제2 전극판(120)이 세퍼레이터(150) 개재하여 서로 마주하게 적층된다.
제1전극판(110)은, 제1 전극 집전체(111)와, 제1 전극 집전체(111)의 적어도 일 면에 형성된 제1 전극 활물질(115)을 포함할 수 있다. 제1 전극 집전체(111)는 제1 전극 활물질(115)에서 발생하는 전하의 이동 통로를 제공하고, 제1 전극 활물질(115)을 지지하는 기능을 한다. 예를 들어, 제1 전극판(110)은 양극으로 기능할 수 있으며, 제1 전극 집전체(111)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
제1 전극 활물질(115)은 전극 활물질, 바인더, 도전제 등으로 이루어진 전극 합제를 용매에 분산시켜 슬러리 형태로 만든 다음, 이를 전극 집전체(111)의 적어도 일 면에 도포한 후 건조 및 압축하여 형성될 수 있다.
제1전극판(110)에는 제1 전극 활물질(115)이 형성되지 않은 무지부(110a)가 형성될 수 있으며, 예를 들어, 제1 전극판(110)의 길이 방향으로 양편 단부에는 제1 전극 활물질(115)이 형성되지 않아 제1 전극 집전체(111)가 노출되는 무지부(110a)가 형성될 수 있다. 무지부(110a) 상에는 화학 반응으로 형성된 전하들을 외부로 인출하기 위한 제1 전극탭(113)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제1 전극탭(113)은 제1 전극판(110)의 무지부(110a) 중에서 어느 일 편의 무지부(110a) 상에 결합될 수 있으며, 예를 들어, 초음파 용접으로 결합될 수 있다. 제1 전극탭(113)은 양극 탭으로 기능할 수 있으며, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
제2전극판(120)은, 제2 전극 집전체(121)와, 제2 전극 집전체(121)의 적어도 일 면에 형성된 제2 전극 활물질(125)을 포함할 수 있다. 제2 전극 집전체(121)는 제2 전극 활물질(125)에서 발생하는 전하의 이동통로를 제공하고, 제2 전극 활물질(125)을 지지하는 기능을 한다. 예를 들어, 제2전극판(120)은 음극으로 기능할 수 있으며, 제2 전극 집전체(121)는 구리 또는 구리 합금을 포함할 수 있다.
제2 전극 활물질(125)은 전극 활물질, 바인더, 도전제 등으로 이루어진 전극 합제를 용매에 분산시켜 슬러리 형태로 만든 다음, 이를 전극 집전체(121)의 적어도 일 면에 도포한 후 건조 및 압축하여 형성될 수 있다.
상기 제2 전극판(120)에는 제2 전극 활물질(125)이 형성되지 않은 무지부(120a)가 형성될 수 있으며, 예를 들어, 제2 전극판(120)의 길이 방향으로 양편 단부에는 제2 전극 활물질(125)이 형성되지 않아 제2 전극 집전체(121)가 노출되는 무지부(120a)가 형성될 수 있다. 무지부(120a) 상에는 화학 반응으로 형성된 전하들을 외부로 인출하기 위한 제2 전극탭(123)이 형성된다. 예를 들어, 제2 전극탭(123)은 제2 전극판(120)의 무지부(120a) 중에서 어느 일 편의 무지부(120a) 상에 결합될 수 있으며, 초음파 용접으로 결합될 수 있다. 제2 전극탭(123)은 음극 탭으로 기능할 수 있으며, 니켈 또는 니켈 합금을 포함할 수 있다.
제1, 제2 전극판(110,120)은 세퍼레이터(150)를 개재하여 서로 마주보게 적층되며, 세퍼레이터(150)는 제1, 제2 전극판(110,120) 사이에서 정, 부극 간의 단락을 방지한다. 세퍼레이터(150)는 높은 이온 투과도를 가지며 기계적인 강도를 갖는 다공성 필름으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머로 형성될 수 있다. 예를 들어, 세퍼레이터(150)는 길이 방향을 따라 또는 폭 방향을 따라 제1, 제2 전극판(110,120) 보다 연장 형성되어 열적 수축에 따른 제1, 제2 전극판(110,120)의 단락을 방지할 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 전극 조립체(100)는 전지 케이스 내에 수납되며, 전지 케이스는 도시된 바와 같이 각형의 캔(410) 형상을 가질 수 있다. 캔(410)의 상단 개구부는 캡 플레이트(450)에 의해 밀봉될 수 있다.
예를 들어, 상기 캡 플레이트(450)는 절연 케이스(420)를 관통하여 연장되는 제1 전극탭(113)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 캡 플레이트(450)에는 제2 전극탭(123)과 전기적으로 연결되는 전극 단자(455)가 조립될 수 있다. 전극 단자(455)는 절연 가스켓(453)을 개재하여 캡 플레이트(450)의 단자 삽입부(451)에 조립될 수 있다.
캡 플레이트(450)의 하부에는 전극 단자(455)와 전기적으로 연결된 단자 플레이트(430)가 배치될 수 있으며, 캡 플레이트(450)와 단자 플레이트(430) 사이에는 절연 플레이트(440)가 개재되어 이들 간의 전기적인 절연을 확보할 수 있다. 예를 들어, 전극 단자(455)는 절연 플레이트(440)와 단자 플레이트(430)에 형성된 단자 홀(441,431)을 관통하여 제2 전극탭(123)과 전기적으로 연결될 수 있다. 캡 플레이트(450)의 일측에는 캔(410) 내부의 압력이 설정 포인트를 초과하면 가스의 배출 경로를 제공하도록 파단 가능하게 설계된 안전 벤트(459)가 형성되며, 또한, 전해질 주입을 위한 전해질 주입구(452)가 형성될 수 있다. 전해질 주입구(452)는 실링 부재(457)에 의해 밀봉될 수 있다.
이차 전지(1)는 리튬 이온이 제1전극판(110)과 제2전극판(120) 사이에서의 이동으로 충, 방전이 이루어지는 리튬 이온 전지일 수 있다. 예를 들어, 이 경우, 제1 전극 활물질(115)과 제2 전극 활물질(125) 중, 양극 활물질로 리튬 금속 산화물이 사용되고 음극 활물질로 탄소 혹은 탄소 복합체가 사용되고, 유기 용매에 리튬염을 녹인 전해질이 전극 조립체(100)와 함께 캔(410) 내에 함침될 수 있다.
캔(410)의 외면은 각형일 수 있으며, 도시된 바와 같이, 직사각형 형상의 바닥면(411)과, 바닥면(411)을 둘러싸며 전극 조립체(100)가 수용되는 내부 공간을 형성하는 제1면(412), 제2면(413), 제3면(414), 제4면(415)으로 이루어진다.
점착성 테이프(500)는 PET(Polyethylene Terephtalate), PI(Polyimide), PP (Polypropylene)등의 플라스틱 계열의 필름에 점착제가 도포되어 이루어질 수 있다.
도 1에서 점착성 테이프(500)는 일부가 펼쳐진 사시도로 도시되어 있으며, 캔(410)의 제1면(412)으로부터 바닥면(411)을 경유하여 제1면(411)과 마주하는 제2면(413)에 걸쳐 연속적으로 접차될 수 있다. 캔(410)의 측부, 즉, 제3면(414), 제4면(415) 및 이들의 하부 일부는 점착성 테이프(500)가 복수 겹으로 접착될 수 있으며, 이에 대해서는 도 3a 이하의 도면들과 함께 자세히 살펴보기로 한다.
도 3a 내지 도 3e는 실시예에 따른 이차전지의 캔(410)을 절연하는 방법을 보인다.
실시예에 따르면, 이차 전지의 캔(410)을 절연함에 있어서, 캔의 외면을 이루는 복수의 면을 점착성 테이프(500)로 감아 붙이는 방법을 사용하며, 또한, 이 방법 외에, 별도의 다른 절연 처리 공정을 수행하지 않는다.
도 3a를 참조하면, 먼저, 점착성 테이프(500)를 준비한다. 점착성 테이프(500)는 PET(Polyethylene Terephtalate), PI(Polyimide), PP (Polypropylene)등의 플라스틱 계열의 필름에 점착제가 도포되어 이루어질 수 있다. 또한, 점착성 테이프(500)를 펼친 전개도는 캔(410)의 외면, 예를 들어, 바닥면, 제1면, 제2면, 제3면, 제4면에 각각 대응하는 제1영역(501), 제2영역(502), 제3영역(503), 제4영역(504), 제5영역(505)과 함께, 상기 바닥면, 제1면, 제2면, 제3면, 제4면 중의 일부 영역에 중복 점착될 중복 영역(506)(507)(508)(509)을 더 포함하는 형상이다. 여기서, 캔(410)의 외면에 대응하는 영역과 중복 영역의 구분은 설명의 편의를 위한 예시적인 명명이며, 영역(506)(507)이 상기 제3면, 제4면에 대응하고, 영역(504)(505)가 중복영역이 될 수도 있다. 점착성 테이프(500)를 펼친 전개도는 도시된 바와 같이, 직사각형 형상일 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
다음, 도 3b와 같이, 점착성 테이프(500)가 캔(410)의 정면으로부터 바닥면을 경유하여 상기 정면과 마주하는 후면을 둘러싸도록 캔(410)에 접착된다. 즉, 점착성 테이프(500)의 제1영역(501), 제2영역(502), 제3영역(503)이 캔(410)의 바닥면, 정면, 후면에 각각 접착된다.
다음, 도 3c와 같이, 영역(506)을 접어 캔(410)의 측면에 붙인다. 이를 위하여, 영역(506)과 영역(507)의 경계에는 미리 절개선을 형성해둔다.
다음, 도 3d와 같이, 영역(504)를 접어 캔(410)의 상기 측면에 중복하여 붙인다. 이를 위하여, 영역(504)와 영역(507)의 경계에는 미리 절개선을 형성해둔다.
다음, 도 3e와 같이, 영역(507)을 캔(410)의 측면 하부로 접어 올려 붙인다.
이와 같은 과정에 따라, 캔(410)의 외면이 점착성 테이프(500)로 감아 붙여지며, 또한, 캔(410)의 바닥면과 인접한 일부 영역은 점착성 테이프(500)가 두 겹 이상으로 겹쳐 형성되게 된다. 구체적으로, 캔(410)의 측면 하부는 점착성 테이프(500)가 세 겹이 되며, 세 겹이 모두 서로 다른 방향에서 감겨 붙인 형태가 되기 때문에, 캔(410)의 하부 모서리 부분의 실링(sealing)이 확실해진다.
도 4a 내지 도 4c는 실시예에 따른 이차전지의 캔을 절연하는 방법의 다른 예를 보인다.
본 실시예는 캔(410)의 외면에 접착성 테이프(500)를 감아 붙임에 있어서, 캔(410)의 하부 모서리 부분을 마감하는 순서에서만 차이가 있다. 즉, 캔(410)의 측면에 영역(506)을 먼저 접어 붙인 후, 영역(507)을 접어 올려 붙이고, 다시, 영역(504)를 접어 붙인다.
도 5a 내지 도 5c는 실시예에 따른 이차 전지의 캔을 절연하는 방법의 또 다른 예를 보인다.
본 실시예도 캔(410)의 외면에 접착성 테이프(500)를 감아 붙임에 있어서, 캔(410)의 하부 모서리 부분을 마감하는 순서에서만 차이가 있다. 즉, 캔(410)의 측면 하부에 영역(507)을 먼저 접어 올려 붙인 후, 캔(410)의 측면에 영역(506)을 접어 붙이고, 이 측면에 다시 영역(504)를 접어 붙인다.
상술한 단계에 따라 제조되는 이차 전지(1)는 캔의 바닥면을 둘러싸는 제1면, 제2면, 제3면, 제4면의 영역 중 상기 바닥면과 인접한 일부 영역은 점착성 테이프가 두 겹 이상으로 겹쳐 형성되고 있다. 예를 들어, 점착성 테이프가 상기 각형 캔의 외면을 감는 마감 위치에서 서로 다른 위치에서 접히는 복수 겹으로 점착성 테이프(500)가 접착되어, 이차 전지(1)의 캔(410) 외면, 특히, 캔(410)의 하부 모서리 부분의 실링이 확실히 되고 있어 약 1GΩ 이상의 높은 절연 저항을 가질 수 있다.
상술한 설명에서 점착성 테이프(500)를 캔(410)에 접착하는 마감 위치를 한 측면에 대해서만 예시적으로 설명하였으나, 이에 마주하는 다른 측면에서도 동일한 단계가 반복될 수 있다. 또한, 마주하는 측면에서의 마감 방법은 동일할 수도 있고, 또는 설명한 단계 중 어느 하나의 형태로 변형될 수도 있다.
도 6은 실시예에 따른 이차 전지(1)의 절연 저항을 측정하는 방법을 보인다.
상기 측정을 위해, 리튬 이온 이차전지에 대해 저온에서 고온으로 온도 변화가 가능한 챔버를 적용하여 10회의 주기로 영하 5도에서 1시간 유지한 후 고온 35도 습도85% 챔버에 방치하는 것을 반복한다. 다음, 절연막으로 구성되어 있은 수조내에 물을 채우고 이차 전지(1)의 캡 플레이트와 터미널이 잠기지 않도록 이차 전지(1)를 담근다. 이차 전지(1)의 외면의 절연 저항은 1.5GΩ으로 측정되었고, 이것은 통상, 리튬 이온 이차전지의 절연 저항이 수 내지 수백 MΩ인 것과 비교할 때, 매우 큰 수치이다. 이것은 점착성 테이프(500)를 캔의 외면에 테이핑 방법만을 사용하며 캔의 하부 모서리부분을 잘 실링하고 있음을 보여주는 결과이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 이차 전지(2)의 구조를 보인 분해 사시도이고, 도 8은 도 7의 전극 조립체(10)를 전개하여 도시한 사시도이다.
이차 전지(2)는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)가 수용되는 내부 공간을 가지는 캔(20), 캔(20)을 덮는 것으로, 전극 조립체(10)의 전극 탭을 외부로 노출하기 위해 상하로 관통된 단자 삽입부가 형성된 캡 플레이트(310) 및 캔(20)의 외면에 접착된 점착성 테이프(500)를 포함한다.
본 실시예는 전극 조립체(10)를 이루는 제1전극판(11), 세퍼레이터(13), 제2전극판(12)의 감긴 방향, 전극 탭을 외부로 노출하는 구조 및 캡 플레이트(310)를 이용하는 마감 구성에서 도 1의 이차 전지(1)와 차이가 있으며, 전극 조립체(10)가 수용되는 캔(20)의 외면을 간소한 방법으로 효과적으로 절연시키기 위해, 점착성 테이프(500)를 사용하는 구성은 동일하다.
도 8을 참조하면, 전극 조립체(10)는 제1전극판(11)과, 제2전극판(12)과, 제1 전극판(11) 및 제2 전극판(12) 사이에 개재되는 세퍼레이터(13)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극판(11), 제2 전극판(12), 및 세퍼레이터(13)의 적층체는 젤리 롤(jelly-roll) 형태로 권취될 수 있다.
제1 전극판(11)은 제1 집전체(11a)와, 제1 집전체(11a)의 적어도 일면에 형성된 제1 활물질층(11b)을 포함한다. 제1 집전체(11a)의 폭 방향을 따라 일 가장자리에는 제1 활물질층(11b)이 형성되지 않은 제1 무지부(11c)가 마련된다. 제2 전극판(12)은 제2 집전체(12a)와, 제2 집전체(12a)의 적어도 일면에 형성된 제2 활물질층(12b)을 포함한다. 제2 집전체(12a)의 폭 방향을 따라 일 가장자리에는 제2 활물질층(12b)이 형성되지 않은 제2 무지부(12c)가 마련된다. 제1 무지부(11c) 및 제2 무지부(12c)는 전극 조립체(10)의 폭 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 무지부(11c) 및 제2 무지부(12c)는 전극 조립체(10)의 폭 방향의 양측 가장자리에 각각 배치될 수 있다.
다시, 도 7을 참조하면, 캡 조립체(30)는 전극 조립체(10)와 접합되며 캔(20)의 상단을 폐쇄하는 것으로, 캡 플레이트(310)와, 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되는 전극 탭(327)(337)과, 단자부(320)(330)를 각각 캡 플레이트(310)에 고정하는 고정 부재(340)(350)를 포함할 수 있다.
캔(20)에는 전극 조립체(10)가 삽입될 수 있도록 개구(21)가 마련되며, 캡 플레이트(310)는 케이스(20)에 결합됨으로써 개구(21)를 막는다. 이를 위하여, 캡 플레이트(310)의 가장자리(311)는 개구(21)를 형성하는 캔(20)의 상측 가장자리(22)와 형합된다. 이 상태에서 예를 들어 레이저 용접 등에 의하여 캡 플레이트(310)를 케이스(20)에 결합함으로써, 전극 조립체(10)가 수용되는 하우징이 형성된다.
양극 단자부(320)와 음극 단자부(330)는 각각 전극탭(327)(337)을 통해, 전극 조립체(10)의 제1 무지층(11c) 및 제2 무지층(12c)과 전기적으로 연결된다. 단자 삽입부(35)(36)는 캡 플레이트(310)를 상하 방향으로 관통하여 형성된다. 양극 단자부(320)와 음극 단자부(330)의 전극탭(327)(337)은 단자 삽입부(35)(36)에 각각 삽입되며, 양극 고정 부재(340)와 음극 고정 부재(350)에 의하여 캡 플레이트(310)에 고정된다. 고정 부재(340)(350)는 예를 들어 전기 절연성 플라스틱으로 형성될 수 있다.
캡 조립체(30)와 전극 조립체(10)가 결합된 상태에서, 전극 조립체(10)가 개구(22)를 통하여 케이스(20)에 삽입되며, 캡 플레이트(310)가 케이스(20)에 예를 들어 레이저 용접 방식에 의하여 결합됨으로써 개구(22)가 폐쇄되고, 전극 조립체(10)가 양극 단자부(320)와 음극 단자부(330)에 의하여 전기적으로 케이스(20)의 외부로 노출된다.
캡 플레이트(30)에는 캔(20) 내부의 압력이 설정 포인트를 초과하면 가스의 배출 경로를 제공하도록 파단 가능하게 설계된 안전 벤트(32)가 마련된다. 또한, 캡 플레이트(30)에는 캔(20) 내로 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구(33)가 마련된다. 전해액 주입이 완료된 이후에 실링(sealing) 마개(34)에 의해 전해액 주입구(33)가 폐쇄된다.
이차 전지(2)는 리튬 이온이 제1전극판(11)과 제2전극판(12) 사이에서의 이동으로 충, 방전이 이루어지는 리튬 이온 전지일 수 있다. 예를 들어, 이 경우, 제1 전극 활물질(115)과 제2 전극 활물질(125) 중, 양극 활물질로 리튬 금속 산화물이 사용되고 음극 활물질로 탄소 혹은 탄소 복합체가 사용되고, 유기 용매에 리튬염을 녹인 전해질이 전극 조립체(10)와 함께 캔(20) 내에 함침될 수 있다.
캔(20)의 외면은 도시된 바와 같이, 직사각형 형상의 바닥면과, 바닥면을 둘러싸며 전극 조립체(10)가 수용될 내부 공간을 형성하는 네 측면을 포함할 수 있다.
점착성 테이프(500)는 PET(Polyethylene Terephtalate), PI(Polyimide), PP (Polypropylene)등의 플라스틱 계열의 필름에 점착제가 도포되어 이루어질 수 있다.
점착성 테이프(500)는 캔(20)의 외면을 감아 붙이도록 마련되며, 캔(20)의 바닥면을 둘러싸는 네 면 중, 바닥면과 인접한 일부 영역은 점착성 테이프(500)가 두 겹 이상으로 겹쳐 형성되는 형태이다. 즉, 도 3a 내지 도 5b에서 설명한 바와 같이, 점착성 테이프(500)가 캔(20)의 외면을 감는 마감 위치, 예를 들어, 캔(20)의 바닥면을 둘러싸는 네 면 중, 바닥면과 인접한 일부 영역은 복수 겹으로 접착성 테이프(500)가 형성되며, 복수 겹은 모두 다른 방향에서 접혀 접합되는 형태이므로, 캔(20)의 하부 모서리 부분의 실링(sealing)이 보다 확실해진다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1, 2...이차 전지 10, 100...전극 조립체
11, 110...제1전극판 12, 120...제2전극판
11a, 110a...제1 집전체 12a, 120a...제2집전체
11b, 115...제1 활물질층 12b, 125...제2 활물질층
11c, 110a...제1 무지부 12c, 120a...제2 무지부
13, 150 ... 세퍼레이터 310, 450...캡 플레이트
113, 327...양극 탭 123, 337... 음극 탭

Claims (22)

  1. 제1전극판, 세퍼레이터, 제2전극판을 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수용되는 내부 공간을 가지는 캔;
    상기 캔을 덮는 것으로, 상기 전극 조립체를 외부로 노출하기 위한 전극 탭이 삽입되도록 상하로 관통된 단자 삽입부가 형성된 캡 플레이트;
    상기 캔의 외면에 접착된 점착성 테이프;를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캔의 외면은 상기 점착성 테이프 외에, 절연을 위한 코팅층이 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캔은 각형이고, 그 외면은
    직사각형 형상의 바닥면과, 상기 바닥면을 둘러싸며 상기 내부 공간을 형성하는 제1면, 제2면, 제3면, 제4면으로 이루어진 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 점착성 테이프는 상기 제1면으로부터 상기 바닥면을 경유하여 상기 제1면과 마주하는 제2면에 걸쳐 연속적으로 접착된 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1면과 제2면은
    상기 캔의 외면 중 폭이 넓은 면에 해당하는 정면과 후면인 이차 전지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제3면과 제4면에는 상기 점착성 테이프가 두 겹 이상으로 겹친 영역이 형성되는 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3면과 제4면의 영역 중 상기 바닥면과 만나는 변으로부터 위쪽으로 소정 길이만큼 연장된 영역은 상기 점착성 테이프가 세 겹으로 겹쳐 형성되는 이차 전지.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 점착성 테이프를 펼친 전개도는
    상기 바닥면, 제1면, 제2면, 제3면, 제4면에 각각 대응하는 영역과 함께,
    상기 바닥면, 제1면, 제2면, 제3면, 제4면 중 적어도 일부에 중복 점착되는 중복 영역을 더 포함하는 형상인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중복 영역은
    상기 바닥면을 둘러싸는 제1면, 제2면, 제3면, 제4면 중 폭이 좁은 측면인 제3면에 대응하는 형상의 영역을 포함하는 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중복 영역은
    상기 제3면과 마주하는 제4면에 대응하는 형상의 영역을 포함하는 이차 전지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 중복 영역은
    상기 제3면의 영역 중, 상기 바닥면과 만나는 변으로부터 위쪽으로 소정 길이만큼 연장된 영역에 대응하는 영역을 더 포함하는 이차 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 중복 영역은
    상기 제4면의 영역 중, 상기 바닥면과 만나는 변으로부터 위쪽으로 소정 길이만큼 연장된 영역에 대응하는 영역을 더 포함하는 이차 전지.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 점착성 테이프를 펼친 전개도는 직사각형 형상인 이차 전지.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서
    리튬 이온이 상기 제1전극판과 제2전극판 사이에서의 이동으로 충, 방전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 점착성 테이프는 PET(Polyethylene Terephtalate), PI(Polyimide), PP (Polypropylene)중 어느 한 재질로 이루어진 필름에 점착제가 도포되어 이루어지는 이차 전지.
  16. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서
    절연 저항이 1GΩ이상인 이차 전지.
  17. 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수용되는 내부 공간을 가지는 캔, 상기 캔을 덮는 것으로, 상기 전극 조립체를 외부로 노출하기 위한 전극 탭이 삽입되도록 상하로 관통된 단자 삽입부가 형성된 캡 플레이트를 포함하는 이차 전지의 캔 외부를 절연시키는 방법에 있어서,
    상기 캔의 외면을 이루는 복수의 면을 점착성 테이프로 감아 붙이는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 이차 전지의 캔 외부를 절연시키는 방법은
    상기 캔의 외면을 상기 점착성 테이프로 감아 붙이는 외에, 다른 절연 처리 공정을 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 캔은 각형이고, 그 외면은
    직사각형 형상의 바닥면과, 상기 바닥면을 둘러싸며 상기 내부 공간을 형성하는 제1면, 제2면, 제3면, 제4면으로 이루어지고,
    상기 제1면, 제2면, 제3면, 제4면의 영역 중 상기 바닥면과 인접한 일부 영역은 상기 점착성 테이프가 두 겹 이상으로 겹쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 일부 영역은 상기 점착성 테이프가 상기 각형 캔의 외면을 감는 마감 위치가 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 점착성 테이프를 펼친 전개도는
    상기 바닥면, 제1면, 제2면, 제3면, 제4면에 각각 대응하는 영역과 함께,
    상기 바닥면, 제1면, 제2면, 제3면, 제4면 중의 상기 일부 영역에 중복 점착될 중복 영역을 더 포함하는 형상인 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 점착성 테이프를 펼친 전개도는 직사각형 형상인 것을 특징으로 하는 방법.
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