KR20150051142A - 가스 제거 공정이 필요없는 리튬 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬 이차 전지를 개시한다. 본 발명에 따른 가스 제거 공정이 필요없는 리튬 이차 전지는, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 전지 케이스;를 포함하되, 상기 전지 케이스의 내부 일 측면에는 상기 구성물과 접촉하지 않도록 가스제거제가 구비되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 활성화시 또는 전지가 퇴화됨에 따라 발생하는 가스를 제거하기 위한 공정이 별도로 필요없는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 가량으로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
한편, 리튬 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차 전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 파우치형 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타낸 도면, 도 2는 도 1에 도시된 파우치형 이차전지를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이차전지는 케이스, 전극 조립체, 전극탭 및 전극리드를 포함한다.
케이스(11)는 후술할 전극조립체(12), 전극탭(13) 및 전극리드(14)를 수용할 수 있는 크기로 형성될 수 있다.
전극조립체(12)는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 포함한다. 전극조립체(12)는 세퍼레이터가 개재된 상태에서 양극판과 음극판이 순차적으로 적층될 수 있다. 전극조립체(12)는 대표적으로, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 세퍼레이터가 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 세퍼레이터를 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 세퍼레이터를 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bicell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
전극탭(13)은 전극조립체(12)로부터 연장된다. 예를 들어, 양극탭은 양극판으로부터 연장되고, 음극탭은 음극판으로부터 연장된다. 여기서, 전극조립체(12)가 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 적층된 상태로 구성된 경우, 전극탭(13)은 각각의 양극판 및 음극판으로부터 연장된다. 이때, 전극탭(13)은 케이스(11)의 외부로 직접 노출되지 않고, 전극리드(14)와 같은 다른 구성요소에 연결될 수 있다.
전극리드(14)는 양극판 또는 음극판으로부터 각각 연장된 전극탭(13)들과 일부분이 전기적으로 연결되어 있다. 즉, 양극리드는 양극탭과 결합되어 서로 전기적으로 연결되고, 음극리드는 음극탭과 결합되어 서로 전기적으로 연결된다. 또한, 전극리드의 상하면 일부에는 전지 케이스와의 밀봉도를 높이고 동시게 전기적 절연 상태를 확보하기 위하여 절연필름이 부착될 수 있다.
상기와 같은 종래 기술에 따른 리튬 이차 전지는 활성화시 또는 전지가 퇴화됨에 따라 전해액의 분해로 인해 가스(GAS)가 발생하고, 이러한 가스는 전지퇴화의 원인이 되므로 발생한 가스를 제거하기 위한 공정은 필수적이다.
하지만, 이러한 가스 제거 공정으로 인해 제조 비용이 증가하는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 리튬 이차 전지의 내부에 활성탄을 구비하여 활성화시 또는 전지의 퇴화시 발생하는 가스의 제거 공정이 별도로 필요하지 않은 리튬 이차 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 리튬 이차 전지는, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 전지 케이스;를 포함하되, 상기 전지 케이스의 내부 일 측면에는 상기 구성물과 접촉하지 않도록 가스제거제가 구비될 수 있다.
상기 가스제거제는 활성탄일 수 있다.
상기 전지 케이스는 금속 케이스 또는 파우치 케이스 중 어느 하나일 수 있다.
상기 전지 케이스가 파우치 케이스일 경우, 가스제거제는 상기 케이스 측면 내부에 전극리드가 형성된 길이방향으로 부착될 수 있다.
상기 전지 케이스가 금속 케이스일 경우, 가스제거제는 전극 조립체의 상부를 덮는 캡의 내측 둘레에 부착될 수 있다.
상기 가스제거제는 가스흡착성 물질과 수지재료를 혼합한 후 경화하여 이루어질 수 있다.
상기 가스흡착성 물질은 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 탈륨(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)로 이루어진 군으로부터 선택되는 단일물 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 리튬 이차 전지의 내부에 활성탄을 구비함으로써 활성화시 발생하는 가스를 별도의 제거 공정을 거치지 않더라도 제거할 수 있기 때문에 공정비를 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 전지가 퇴화되면서 발생하는 가스가 활성탄에 의해 제거됨으로써 전지의 외장재 즉, 전지 케이스에 가해지는 부하를 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 파우치형 리튬 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 파우치형 이차전지를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파우치형 리튬 이차 전지의 구성을 도시한 도면,
도 4는 도 3의 IV-IV' 선에 따른 단면을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 캔형(원통형) 리튬 이차 전지를 도시한 도면이다.
도 1은 종래 기술에 따른 파우치형 리튬 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 파우치형 이차전지를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파우치형 리튬 이차 전지의 구성을 도시한 도면,
도 4는 도 3의 IV-IV' 선에 따른 단면을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 캔형(원통형) 리튬 이차 전지를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 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 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 다른 파우치형 리튬 이차 전지의 구성을 도시한 도면, 도 4는 도 3의 IV-IV' 선에 따른 단면을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지(100)는 케이스(110), 전극조립체(120), 전극탭(130), 전극리드(140) 및 가스제거제(150)를 포함한다.
케이스(110)는 내부에 빈 공간을 가지며, 이러한 내부 공간에 전극조립체(120)를 수납하도록 형성될 수 있다. 케이스(110)는 육면체 또는 각형 형상으로 형성될 수 있으나, 본 발명에서 케이스(110)의 형상을 특정 형상으로 한정하는 것은 아니다.
전극조립체(120)는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 포함한다. 즉, 전극조립체(120)는 세퍼레이터가 개재된 상태에서 양극판과 음극판이 순차적으로 적층 되어 서로 절연되어 있다. 전극조립체(120)는 실시형태에 따라 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 등으로 다양한 구조로 형성될 수 있다.
양극판은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체와 그 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하여 형성된다. 양극판은 양 면에 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체 영역, 즉 양극 무지부가 형성될 수 있다. 그리고, 양극판은 양극 무지부의 일측단에 금속 재질 이를 테면 알루미늄(Al) 재질로 형성되는 양극탭이 접합될 수 있다.
음극판은 전도성 금속 박판, 예를 들면 구리(Cu) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하고 있다. 음극판은 양 측부에 음극활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체 영역, 즉 음극 무지부가 형성된다. 그리고, 음극판은 일측단에 금속 재질, 이를테면 니켈(Ni) 재질로 형성되는 음극탭이 접합될 수 있다. 음극판 역시, 양극판과 마찬가지로 전극조립체(120)의 형태에 따라 둘 이상 포함될 수 있으며, 특히 스택형 전극조립체의 경우, 다수 포함될 수 있다.
세퍼레이터는 양극판과 음극판 사이에 위치하여, 양극판과 음극판을 서로 전기적으로 절연시키며, 양극판과 음극판 사이에서 리튬 이온 등이 서로 통과할 수 있도록 다공성막 형태로 형성될 수 있다. 이러한 세퍼레이터는, 예를 들어 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성막으로 이루어질 수 있다.
전극탭(130)은 전극조립체(120)로부터 연장된다. 이러한 전극탭(130)은 케이스(110)의 외부로 직접 노출되지 않고, 전극리드(140)와 같은 다른 구성 요소에 연결될 수 있다.
전극리드(140)는 전극탭(130)과 전기적으로 연결된다. 이러한 전극리드(140)는 일단이 전극탭(130)과 연결되고, 타단이 케이스(110)의 외부로 노출되어, 외부로 노출된 타단이 전극단자로서 기능을 할 수 있다. 따라서, 이러한 전극리드(140)의 타단에 충전기나 부하 등이 연결됨으로써 이차전지는 충방전 될 수 있다. 또한, 전극리드의 상하면 일부에는 전지 케이스와의 밀봉도를 높이고 동시게 전기적 절연 상태를 확보하기 위하여 절연필름이 부착될 수 있다.
가스제거제(150)는 이차전지가 충방전에 의해 활성화시 또는 이차전지의 퇴화로 인해 발생하는 가스를 제거하는 역할을 할 수 있다. 이때, 상기 가스제거제(150)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 케이스 측면 내부에 전극 조립체(120)에 닿지 않게 전극리드(140)가 형성된 길이방향으로 부착될 수 있으며, 상기 가스제거제(150)는 활성탄일 수 있다. 활성탄은 흡착성이 강하고 대부분의 구성 물질이 탄소질로 된 물질로써, 흡착제로 기체나 습기를 흡수시키는데 사용되거나 탈색제로 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 전지 내에서 발생되는 가스를 제거하는 가스제거제로써의 역할을 한다. 또한, 상기 가스제거제(150)는 상술한 바와 같은 활성탄에 한하지 않으며, 가스흡착성 물질과 수지재료를 혼합한 후 경화하여 구비된 것일 수 있다. 이때, 상기 가스흡착성 물질은 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 탈륨(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)로 이루어진 군으로부터 선택되는 단일물 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 가스흡착성 물질은 다공질성 금속산화물일 수 있으며, 상기 다공질성 금속산화물은 제오라이트, 실리카겔, 알루미나, 몰레큘러시브로 이루어진 군으로부터 선택되는 단일물 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
종래에는 이차 전지가 과충전 되거나 충방전이 반복됨에 따라 발생하는 가스를 제거하기 위해 별도의 가스 제거 과정을 시행하였다. 하지만 본 발명은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 케이스(110)의 내측부에 가스를 제거할 수 있는 물질을 부착하여 별도의 과정을 거치지 않고 가스를 제거할 수 있으므로 공정비를 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 전지의 퇴화로 인해 가스가 발생하면 전지가 부풀어 올라 폭발의 위험이 존재하는데, 이러한 상기 가스 역시 활성탄에 의해 포집됨으로써 이차 전지에 가해지는 부하를 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
상기 서술한 파우치형 이차 전지 이외에 캔형 케이스를 구비하는 이차전지에는 도 4에 도시된 바와 같이 전극 조립체(520)의 상부에 위치하여 전극 조립체(520)가 투입되는 입구가 되는 개구부를 마감하는 캡(530)의 내측부 둘레에 가스제거제(540)를 부착하여, 이차 전지의 활성화시 또는 이차 전지의 퇴화 시 발생하는 가스를 제거할 수 있다.
본 발명은 이에 한하지 않으며, 가스제거제가 이차전지 내부의 구성물질과 접촉하지 않으면, 케이스 내측 어느 곳이든 부착될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
110 : 케이스
120, 520 : 전극조립체
130 : 전극탭
140 : 전극리드
150, 540 : 가스제거제
120, 520 : 전극조립체
130 : 전극탭
140 : 전극리드
150, 540 : 가스제거제
Claims (7)
- 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체; 및
상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 전지 케이스;를 포함하되,
상기 전지 케이스의 내부 일 측면에는 상기 구성물과 접촉하지 않도록 가스제거제가 구비되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 가스제거제는 활성탄인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 전지 케이스는 금속 케이스 또는 파우치 케이스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 전지 케이스가 파우치 케이스일 경우, 가스제거제는 상기 케이스 측면 내부에 전극리드가 형성된 길이방향으로 부착되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 전지 케이스가 금속 케이스일 경우, 가스제거제는 전극 조립체의 상부를 덮는 캡의 내측 둘레에 부착하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 가스제거제는 가스흡착성 물질과 수지재료를 혼합한 후 경화하여 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 가스흡착성 물질은 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 탈륨(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)로 이루어진 군으로부터 선택되는 단일물 또는 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
Priority Applications (1)
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| US14/526,615 US20150125721A1 (en) | 2013-11-01 | 2014-10-29 | Lithium secondary battery without the need of gas removal process |
Applications Claiming Priority (2)
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2017099333A1 (ko) * | 2015-12-10 | 2017-06-15 | 주식회사 엘지화학 | 가스 흡착제가 포함되어 있는 전극 리드를 구비한 전지셀 |
| KR20180104482A (ko) * | 2017-03-13 | 2018-09-21 | 주식회사 엘지화학 | 안전성이 향상된 이차 전지용 외장재 및 이를 포함하는 이차 전지 |
-
2014
- 2014-10-16 KR KR1020140140057A patent/KR20150051142A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017099333A1 (ko) * | 2015-12-10 | 2017-06-15 | 주식회사 엘지화학 | 가스 흡착제가 포함되어 있는 전극 리드를 구비한 전지셀 |
| US10547090B2 (en) | 2015-12-10 | 2020-01-28 | Lg Chem, Ltd. | Battery cell including electrode lead containing gas adsorbent |
| KR20180104482A (ko) * | 2017-03-13 | 2018-09-21 | 주식회사 엘지화학 | 안전성이 향상된 이차 전지용 외장재 및 이를 포함하는 이차 전지 |
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