KR20150044204A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 전극 조립체에 가해지는 충격은 방지하면서 단락 방지 기능을 수행하는 마감 테이프 및 이를 포함하는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 내부에 공간을 구비하는 케이스; 상기 케이스의 내부에 삽입되는 전극 조립체; 및 상기 케이스의 상부에 결합되어 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 케이스와 전극 조립체의 사이에 형성되고, 적어도 2개의 테이프로 형성된 마감 테이프하는 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지{Secondary Battery}
본 발명은 전극 조립체에 가해지는 충격은 방지하면서 단락 방지 기능을 수행하는 이차 전지에 관한 것이다.
통상적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기분야에서 널리 사용되고 있다.
특히, 리튬이차전지는 작동 전압이 3.6V로서, 전자장비전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴전지나, 니켈-수소전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체전해질 전지와 고분자전해질 전지로 분류되며, 액체전해질을 사용하는 전지를 리튬이온전지라 하고, 고분자전해질을 사용하는 전지를 리튬폴리머전지라고 한다. 또한, 리튬이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형, 그리고 파우치형이 있다.
그리고 리튬이차전지는 전극 조립체가 전해액과 함께 케이스에 삽입되는데, 외부의 충격에 의해 전극 조립체가 파손될 염려가 있기 때문에, 이를 위한 안전 장치가 요구된다.
본 발명은 전극 조립체에 가해지는 충격은 방지하면서 단락 방지 기능을 수행하는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지는 내부에 공간을 구비하는 케이스; 상기 케이스의 내부에 삽입되는 전극 조립체; 및 상기 케이스의 상부에 결합되어 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 케이스와 전극 조립체의 사이에 형성되고, 적어도 2개의 테이프로 형성된 마감 테이프를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 마감 테이프는 상기 전극 조립체의 하단을 감싸면서 형성된 하단 테이프일 수 있다.
그리고 상기 마감 테이프의 높이는 상기 전극 조립체의 높이를 기준으로 1/3 이하로 형성될 수 있다.
또한, 상기 마감 테이프는 폴리에틸렌을 포함하는 제 1 기재와 폴리스티렌 또는 연신 폴리스티렌을 포함하는 제 2 기재를 포함하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 기재는 상기 마감 테이프가 상기 전극 조립체를 향하는 면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 기재는 상기 마감 테이프가 상기 케이스를 향하는 면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 기재의 두께는 5[㎛] 내지 7[㎛]로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 기재와 제 2 기재의 사이 또는 상기 제 1 기재가 상기 전극 조립체와 접하는 면에 접착층이 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 접착층은 아크릴을 포함하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 접착층의 두께는 4[㎛] 이하로 형성될 수 있다.
또한, 상기 마감 테이프의 두께는 10[㎛] 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 마감 테이프는 상기 전극 조립체의 권취가 끝나는 종단선을 따라 종단 테이프를 포함하도록 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 전극 조립체의 권취선 또는 하단을 감싸는 마감 테이프를 구비하되, 전극 조립체를 접하는 면에는 폴리에틸렌 재질의 제 1 기재, 케이스를 접하는 면에는 폴리스티렌 또는 연신 폴리스피렌 재질의 제 2 기재로 구성된 마감 테이프를 형성함으로써, 케이스의 내부에서 전극 조립체가 유동되는 것을 방지하고, 전극 조립체와 케이스가 전기적으로 단락되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에서 마감 테이프가 전극 조립체에 결합된 구성을 도시한 사시도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에서 마감 테이프의 구성을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다. 도 2은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에서 마감 테이프가 전극 조립체에 결합된 구성을 도시한 사시도이다. 도 3는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에서 마감 테이프의 구성을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 케이스(110), 전극 조립체(120), 마감 테이프(130, 140), 캡 조립체(150)를 포함한다. 또한, 상기 전극 조립체(120)와 캡 조립체(150)의 사이에는 절연 케이스(160)가 더 형성될 수도 있다.
상기 케이스(110)는 대략 육면체 형태로 이루어진다. 상기 케이스(110)는 내부에 공간(110a)을 구비하고, 상부에 개구를 갖는다. 상기 케이스(110)는 알루미늄(Al), 철(Fe) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 케이스(110)는 내면에 절연 처리가 수행될 수 있다. 상기 케이스(110)는 상부에 둘레를 따라 형성된 홈(111)을 구비하여, 이후 상기 절연 케이스(160)가 상기 홈(111)에 안착될 할 수 있다. 또한, 상기 케이스(110)의 공간(110a)에는 상기 전극 조립체(120)와 함께 전해액이 수용된다. 상기 전해액은 상기 전극 조립체(120)를 구성하는 양극판과 음극판의 사이에서 리튬 이온이 이동될 수 있도록 주입되는 염을 함유한 유기 액체로서, LiPF6, LiBF4, LiClO4 등의 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머 전해액으로 이루어질 수 있다.
상기 전극 조립체(120)는 상기 케이스(110)의 공간(110a)에 수용된다. 상기 전극 조립체(120)는 양극 활물질(예를 들면 코발트산리튬(LiCoO2))이 부착된 양극판, 음극 활물질(예를 들면 흑연)이 부착된 음극판(122), 상기 양극판과 음극판 사이에 위치되어 전기적 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동이 가능하게 하는 세퍼레이터를 포함하고, 이들을 적층한 상태에서 대략 젤리롤 형태로 다수회 권취하여 형성된다. 상기 양극판은 알루미늄(Al) 포일, 상기 음극판은 구리(Cu) 포일, 상기 세퍼레이터는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있다.
또한, 상기 양극판에는 상부 방향으로 연장된 양극 리드(125)가 접속되어 있고, 상기 음극판에도 상부 방향으로 연장된 음극 리드(124)가 접속되어 있다. 여기서, 상기 양극 리드(125)는 알루미늄(Al), 상기 음극 리드(124)는 니켈(Al)일 수 있다.
또한, 상기 케이스(110)의 내부에는 상술한 것과 같이 전해액이 주입된다. 상기 전해액은 충방전시 전지 내부의 양극판 및 음극판에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온의 이동 매체 역할을 수행한다.
상기 마감 테이프(130, 140)는 상기 전극 조립체(120)의 권취가 끝나는 종단선(120a)를 따라서 형성된 종단 테이프(130)와, 상기 전극 조립체(120)의 하단부를 감싸는 하단 테이프(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전극 조립체(120)는 양극판 및 음극판의 사이에 세퍼레이터를 개재하고 맨드릴을 이용하여 원형으로 권취하게 되며, 권취가 끝나는 종단선(120a)을 따라 상기 종단 테이프(130)를 도시한 바와 같이 부착하여 상기 전극 조립체(120)를 고정한다. 상기 종단 테이프(130)은 상기 전극 조립체(120)의 권취가 다시 풀리지 않도록 고정하여 압착시킴으로써, 상기 전극 조립체(120)가 상기 케이스(110)에 용이하게 수용될 수 있도록 한다. 상기 종단 테이프(130)은 종래의 테이프 구조를 가질수도 있으나, 당업자의 선택에 따라 상기 하단 테이프(130)와 같은 구성을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 하단 테이프(130)는 상기 전극 조립체(120)의 하단을 전체적으로 감싸도록 형성되어, 상기 전극 조립체(120)와 상기 케이스(110)의 사이에 위치하게 된다. 상기 하단 테이프(130)는 상기 케이스(110) 내의 전해액과 반응되어 점착력이 있도록 변형됨으로써 상기 전극 조립체(120)를 상기 케이스(110)의 내부에 고정시킴으로써 유동을 방지한다. 또한, 상기 하단 테이프(130)는 상기 전극 조립체(120)의 하단부가 상기 케이스(110)와 직접 접촉되는 것을 방지함으로써 전기적 단락이 발생하는 것을 방지한다.
보다 상세하게, 상기 하단 테이프(130)는 이를 위해 도 3의 구성을 갖는다. 상기 하단 테이프(130)는 상기 전극 조립체(120)에 부착되는 일면(140a)에 형성된 제 1 기재(141)를 형성하고, 상기 케이스(110)에 부착되는 타면(140b)에 제 2 기재(142)를 형성한다.
상기 제 1 기재(141)는 전해액에 반응하지 않아 녹지 않도록 형성되며, 베이스 필름을 이룬다. 구체적으로 제 1 기재(141)는 폴리에틸렌(Polyethylene,PE)으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 기재(141)는 상기 전극 조립체(120)를 상기 케이스(110)와 직접 접촉하지 않도록 하여, 이차 전지(100) 내에서 전기적 단락이 발생되는 것을 방지한다.
한편, 상기 제 2 기재(142)는 전해액에 반응하여 점착력이 있도록 변형된다. 상기 제 2 기재(142)는 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 또는 연신 폴리스티렌(Oriented Polystyrene, PS)으로 형성될 수 있다. 상기 제 2 기재(142)는 전해액에 반응한 이후, 베이스 필름인 제 1 기재(141)를 상기 케이스(110)와 점착시킴으로써, 상기 케이스(110) 내에서 상기 전극 조립체(120)가 유동하는 것을 방지한다. 따라서, 상기 전극 조립체(120)가 외부 충격에 의해 손상을 받는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 하단 테이프(130)는 상기 제 1 기재(141)를 상기 전극 조립체(141)에 부착하기 위한 제 1 접착층(143)과, 상기 제 1 기재(141)와 제 2 기재(142)를 상호간에 부착시키기 위한 제 2 접착층(144)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 접착층(144)은 아크릴(Arcryl)로 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 마감 테이프(130, 140) 중 하단 테이프(140)에 폴리에틸렌으로 형성된 제 1 기재(141)와 폴리스티렌 또는 연신 폴리스티렌으로 형성된 제 2 기재(142)를 포함하도록 형성함으로써, 전극 조립체(120)가 유동되는 것을 방지하면서도 전극 조립체(120)와 케이스(110) 사이에서 전기적 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전해액이 함침되는 것을 고려하면, 상기 제 1 기재(141)를 전극 조립체(120)에 위치하게 형성하고, 제 2 기재(142)를 케이스(110)의 내면을 향하도록 배치하는 것이 바람직하나, 당업자의 선택에 따라서 상기 제 1 기재(141)와 제 2 기재(142)의 위치가 서로 변경되는 것도 가능하다.
상기 하단 테이프(130)의 전체 두께는 10[㎛] 이상으로 설정되는 것이 바람직하다. 상기 하단 테이프(130)의 두께가 10[㎛] 이상인 경우, 상기 하단 테이프(130)가 전극 조립체(120)의 위치를 고정시켜 유동을 방지하거나, 상기 하단 테이프(130)가 두께를 확보하여 전극 조립체(120)와 케이스(110)간 전기적 단락이 발생되는 것을 방지하는데 유리하다.
또한, 상기 하단 테이프(130)에서 상기 제 1 기재(141)의 두께는 5[㎛] 내지 7[㎛]를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 제 1 기재(141)의 두께가 5[㎛] 이상인 경우, 상기 제 1 기재(141)를 통한 상기 전극 조립체(120)와 케이스(110) 사이의 절연 성능에 대한 신뢰성을 유지할 수 있다. 또한, 상기 제 1 기재(141)의 두께가 7[㎛] 이하인 경우, 상기 전극 조립체(120)의 용량 증가를 통한 이차 전지의 용량 확보에 유리하다.
또한, 상기 제 1 접착층(143) 및 제 2 접착층(144)의 두께는 4[㎛] 이하로 설정될 수 있다. 상기 제 1 접착층(143) 및 제 2 접착층(144)의 두께의 최소 두께는 도포 가능한 최소 두께로 형성되면 되기 때문에 하한을 별도로 설정하지 않았다. 또한, 상기 두께가 4[㎛] 이하인 경우, 상기 전극 조립체(120)의 용량 증가를 통한 이차 전지의 용량 확보에 유리하다.
또한, 상기 하단 테이프(130)의 높이(h1)는 상기 전극 조립체(120)의 높이(h)를 기준으로 1/3 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 하단 테이프(130)의 높이(h1)가 전극 조립체(120)의 높이(h)에 비해 1/3 이하인 경우, 상기 전극 조립체(120)의 용량 확보 및 상기 전해액에 의한 이온 교환에 유리하다.
상기 캡 조립체(150)는 상기 캔(110)의 상부에 결합된다. 상기 캡 조립체(150)는 캡 플레이트(151), 절연 플레이트(152), 단자 플레이트(153), 전극 단자(154), 절연 가스켓(155) 및 플러그(156)를 포함한다.
상기 캡 플레이트(151)는 상기 캔(110)의 개구(110a)에 결합되며, 장변과 단변을 갖는 판 형태로 형성된다. 상기 캡 플레이트(151)는 상기 캔(110)의 개구(110a)와 결합된 상태에서 둘레 부분이 용접되어 상기 캔(110)을 밀봉한다.
상기 절연 플레이트(152)는 상기 캡 플레이트(151)의 하부에 위치한다. 상기 절연 플레이트(152)의 홀(152a)에는 상기 절연 가스켓(155)이 결합된다. 또한, 상기 절연 플레이트(152)의 홀(152a)은 상기 전극 단자(154)의 하부에 의해 관통된다.
상기 단자 플레이트(153)는 상기 절연 플레이트(152)의 하부에 위치된다. 상기 단자 플레이트(153)의 홀(153a)에는 상기 전극 단자(154)가 결합되며, 상기 전극 단자(154)는 상기 음극 리드(124)와 전기적으로 연결된다.
전극 단자(154)는 하부가 돌출되어 상기 캡 플레이트(151) 및 절연 플레이트(152)를 관통하여 상기 음극 리드(124)와 전기적으로 연결된다. 상기 상기 절연 가스켓(155)은 상기 전극 단자(154)와 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 상기 전극 단자(154)가 상기 캡 플레이트(151)에 전기적으로 접촉하는 것을 방지한다.
상기 플러그(156)는 상기 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구에 대비되어 형성된다. 상기 플러그(156)는 상기 전해액이 주입된 이후 상기 캡 플레이트(151)에 고정되어 밀봉함으로써, 상기 전해액이 누액되는 것을 방지한다.
상기 절연 케이스(160)는 상기 전극 조립체(120)의 상부로서 상기 캔(110)의 개구(110a)에 결합된다. 보다 구체적으로 상기 절연 케이스(160)는 상기 캔(110)의 단차(111)에 결합될 수 있다. 상기 절연 케이스(160)에는 상기 음극 리드(124) 및 양극 리드(125)가 관통하여 지나갈 수 있도록 리드 통공(160a, 160b)이 형성된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 테이프를 포함하는 이차 전지(100)에서 케이스(110)의 내부에 전극 조립체(120)가 수납되어 있다. 또한, 상기 전극 조립체(120)의 하단과 상기 케이스(110)의 사이에는 상기 하단 테이프(140)가 위치하고 있다.
또한, 별도로 도시되지는 않았지만 상술한 것처럼 상기 하단 테이프(140) 중 상기 제 1 테이프(141)는 상기 전극 조립체(120)측에 점착되어 상기 전극 조립체(120)와 상기 케이스(110)가 전기적으로 단락되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상술한 것처럼 상기 제 2 테이프(142)는 상기 케이스(110)측에 점착되어 상기 전극 조립체(120)가 상기 케이스(110) 내에서 유동되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 이차 전지 110; 케이스
120; 전극 조립체 130; 종단 테이프
140; 하단 테이프 141; 제 1 테이프
142; 제 2 테이프 143, 144; 아크릴
150; 캡 조립체 160; 절연 케이스

Claims (12)

  1. 내부에 공간을 구비하는 케이스;
    상기 케이스의 내부에 삽입되는 전극 조립체; 및
    상기 케이스의 상부에 결합되어 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고,
    상기 케이스와 전극 조립체의 사이에 형성되고, 적어도 2개의 테이프로 형성된 마감 테이프를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마감 테이프는 상기 전극 조립체의 하단을 감싸면서 형성된 하단 테이프인 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마감 테이프의 높이는 상기 전극 조립체의 높이를 기준으로 1/3 이하로 형성된 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마감 테이프는 폴리에틸렌을 포함하는 제 1 기재와 폴리스티렌 또는 연신 폴리스티렌을 포함하는 제 2 기재를 포함하도록 형성된 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 기재는 상기 마감 테이프가 상기 전극 조립체를 향하는 면에 형성된 이차 전지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 기재는 상기 마감 테이프가 상기 케이스를 향하는 면에 형성된 이차 전지.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 기재의 두께는 5[㎛] 내지 7[㎛]로 형성된 이차 전지.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 기재와 제 2 기재의 사이 또는 상기 제 1 기재가 상기 전극 조립체와 접하는 면에 접착층이 더 형성된 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 접착층은 아크릴을 포함하도록 형성된 이차 전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 접착층의 두께는 4[㎛] 이하로 형성된 이차 전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 마감 테이프의 두께는 10[㎛] 이상으로 형성된 이차 전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 마감 테이프는 상기 전극 조립체의 권취가 끝나는 종단선을 따라 종단 테이프를 포함하도록 형성된 이차 전지.
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