KR20160049827A - 적층형 전지의 집전구조 및 전극조립체 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 상측의 전극조립체로부터 연장된 탭이 상호 연결된 상측접속부와, 하측의 전극조립체로부터 연장된 탭이 상호 연결된 하측접속부와, 상기 상측접속부와 하측접속부 사이에 개재되어 상호 간에 전기적으로 연결하는 리드를 포함하는 적층형 전지의 집전구조를 제공한다.
본 발명에 따르면, 탭 상호 간, 접속부와 리드와의 접합 과정에서 기계적 스트레스가 현저히 저감되어 탭에 대한 진동이나 외부의 충격에 대한 작동신뢰성과 내구성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 탭 상호 간, 접속부와 리드와의 접합 과정에서 기계적 스트레스가 현저히 저감되어 탭에 대한 진동이나 외부의 충격에 대한 작동신뢰성과 내구성이 향상되는 효과가 있다.
Description
본 발명은 전지의 집전체에 관련된 것으로, 보다 구체적으로는 대용량 적층형 전지에서 집전체의 변형 및 손상 가능성을 저감할 수 있는 적층형 전지의 집전구조 및 전극조립체 모듈에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발에 따라 에너지원으로써 이차 전지의 수요가 증가되고 있으며, 또한 고에너지화, 소형화, 경량화 및 박형화가 요구된다.
이차전지는 전해물질에 양극과 음극을 삽입하고, 이러한 양극과 음극을 연결했을 때 전해물질과 전극 사이에서 발생되는 전기화학적 반응을 이용한 전지로서, 기존의 일차전지와는 달리 전기전자제품에서 소모된 에너지를 충전기에 의해 재충전하여 반복 사용할 수 있는 충전과 방전이 가능한 전지이므로, 무선 전기전자제품의 대중화와 더불어 확산되고 있는 추세이다.
이러한 이차전지는 양극, 분리막, 음극 구조을 포함하는 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는데, 대표적으로는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 적층형 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
도 1은 종래의 적층형 전극조립체의 일반적인 구조를 측면에서 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하여 설명하면, 적층형 전극조립체(10)는 전극부(11) 및 집전부(20)가 높이방향으로 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다.
극성 집전체의 면에 극성 활물질이 도포되어 형성되는 양극과 음극을 구성하며, 극성을 가지는 다수의 탭(21)들이 전극부(11)에 연결되어 인출되어 있다.
적층되어 있는 구조를 가짐으로 인하여 상기 탭(21)들은 상호 상하방향에서 밀착되어 집합부(22)를 형성하고 리드(30)로 연결되는데, 높이의 중심을 기준으로 최상단의 탭(21)은 리드(30)는 집합부(22)와의 높이 차이로 인하여 인접된 탭(21)에 비하여 길이의 차이를 가진다. 이러한 현상은 집합부(22)의 하층에서도 마찬가지로 발생한다.
상기와 같은 구조로 인하여 탭(21)들 각각의 절곡 각도와 집합부(22)에서 상호 밀착되는 길이에 있어서의 차이도 발생하고 이는 전기적, 구조적 안정성의 문제로 이어진다.
또한, 용접연결 과정에서 기계적 스트레스도 크게 발생되고 외부의 진동이나 충격에 취약해지므로 쉽게 끊어질 수 있는 가능성을 가진다.
이러한 문제는 적층되는 층수가 많아질수록, 특히 중대형 전지셀에서의 적용에 있어서 제조공정상 어려움이 가중됨은 물론 내충격성에 대한 문제도 더욱 심화된다.
따라서, 탭의 변형을 최소화하면서 중대형 전지셀을 위한 전극조립체에 적절한 개선된 구조의 집전체 구조에 대한 필요는 점점 높아지는 실정이다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전극조립체를 효율적으로 배치하면서 전극 탭의 변형을 최소화할 수 있는 구조를 가지는 적층형 전지의 집전구조 및 전극조립체 모듈을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 상측의 전극조립체로부터 연장된 탭이 상호 연결된 상측접속부와, 하측의 전극조립체로부터 연장된 탭이 상호 연결된 하측접속부와, 상기 상측접속부와 하측접속부 사이에 개재되어 상호 간에 전기적으로 연결하는 리드를 포함하는 적층형 전지의 집전구조를 제공한다.
상측의 전극조립체와 하측의 전극조립체 사이에 배치되는 비전도성의 분리부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 분리부는, 상측의 전극조립체와 하측의 전극조립체에 라미네이트되는 방식으로 결합될 수 있다.
상기 리드는, 상면에 상측접속부의 저면이 용접되고 저면에 하측접속부의 상면이 용접될 수 있다.
한편, 본 발명은, 제1전극조립체와, 상기 제1전극조립체의 일측으로 연장되는 복수의 탭이 상호 연결되는 상측접속부와, 상기 제1전극조립체의 하측에 배치되는 제2전극조립체와, 상기 제2전극조립체의 일측으로 연장되는 복수의 탭이 상호 연결되는 하측접속부와, 상기 상측접속부와 하측접속부를 연결하는 리드를 포함하는 전극조립체 모듈을 제공한다.
상기 리드는, 상측접속부 및 하측접속부의 사이에 개재됨으로써, 그 두께에 의하여 탭이 높이방향의 중심측으로 절곡되는 각도를 저감할 수 있다.
또한, 상측의 전극조립체와 하측의 전극조립체 사이에 배치되는 비전도성의 분리부를 포함할 수 있다.
상기 분리부는, 상측의 전극조립체와 하측의 전극조립체에 라미네이트되는 방식으로 결합되는 분리막인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 탭 상호 간, 접속부와 리드와의 접합 과정에서 기계적 스트레스가 현저히 저감되어 탭에 대한 진동이나 외부의 충격에 대한 작동신뢰성과 내구성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 최상단의 탭의 길이와 중심측에 배열되는 탭의 길이의 차이도 현저하게 저감되므로 전기적인 접속이 안정적으로 이루어지는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술할 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은 종래의 적층형 전극조립체의 일반적인 구조를 측면에서 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 적층형 전지의 집전구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 구조에 의한 전극조립체 모듈을 나타내는 측면도이다.
도 1은 종래의 적층형 전극조립체의 일반적인 구조를 측면에서 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 적층형 전지의 집전구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 구조에 의한 전극조립체 모듈을 나타내는 측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 적층형 전지의 집전구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 기본적으로 상측의 전극조립체로부터 연장된 탭이 상호 연결된 상측접속부와, 하측의 전극조립체로부터 연장된 탭이 상호 연결된 하측접속부와, 상면에 상측접속부의 저면이 접합되고 저면에 하측접속부의 상면이 접합되는 리드로 이루어지는 적층형 전지의 집전구조를 제공한다.
본 발명의 설명에서, 양극탭, 양극리드, 음극탭, 음극리드와 같은 극성의 구분은 종래기술의 내용이 적용될 수 있으므로 생략하도록 한다. 도시된 적층형 전극조립체의 구조는 일반적인 전극조립체의 구조와 대략 동일하므로 본 발명의 특징적인 사항을 중심으로 설명하되, 공지의 다양한 전극조립체 구조가 본 발명의 개념에 적용될 수 있음은 당업자에 자명하다.
집전부(120, 220)는, 선택된 재질로서 이루어질 수 있는데, 예를 들어 알루미늄 호일과 구리 호일과 같은 박형의 금속재질이 적용될 수 있다. 보다 구체적으로는, 각각의 호일의 양면에 리튬을 함유한 양극 활물질과 흑연을 함유한 음극 활물질이 도포되고, 이러한 도포가 이루어지지 않은 부분이 탭(121, 221)으로서 외부로 인출되어 형성될 수 있다.
본 발명의 개념에서는 전극조립체가 상하측으로 구분되므로, 각각 상측의 제1전극조립체(100)와 하측의 제2전극조립체(200)로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 각각 전극부(111, 211), 집전부(120, 220) 및 탭(121, 221)의 묶음을 포함할 수 있는데, 상기 탭(121, 221)들은 각각 상하측에서 구획되어 개별로 연결되어 상측접속부(122)와 하측접속부(222)를 이루며 리드(300)에서 전기적으로 함께 연결이 이루어진다.
상기 리드(300)는, 탭(121, 221)들, 더욱 정확하게는 탭들의 연결부위인 상측접속부(122)와 하측접속부(222)에 전기적으로 연결할 수 있는 소재라면 다양한 재질이 선택적으로 적용될 수 있다. 바람직하게는 금속플레이트로서 이루어질 수 있으며, 상기 금속은 알루미늄, 구리, 니켈, 니켈이 코팅된 구리, 또또는 SUS 플레이트 등에서 선택된 재질일 수 있다.
이러한 리드(300)는 상측접속부(122)와 하측접속부(222) 사이에 개재된 상태로서 배치되어 각각 상측접속부(122)의 저면에 상면이 접합되고, 하측접속부(222)의 상면에 저면이 접합되어 하나의 모듈을 구성할 수 있도록 한다.
이러한 접합은 바람직하게는 용접에 의하여 이루어질 수 있으며, 상기 용접은 초음파 용접, 레이저 용접, 저항 용접 등에서 선택되어 적용될 수 있다.
또한, 상측접속부(122) 및 하측접속부(222)와 리드(300)의 접합부위는 점, 선 또는 면의 형태로서 다양하게 형성될 수 있다.
상기 제1전극조립체(100)와 제2전극조립체(200)는 각각 리드(300)에 의하여 접속되므로 적층체 자체로서는 전기적으로 분리되어 있는 것이 바람직하고, 이를 위하여 제1전극조립체(100)의 저면과 제2전극조립체(200)의 상면 사이에는 분리부(400)가 개재될 수 있다.
상기 분리부(400)는 비전도성 물질로 이루어지며 비제한적인 예로서 전지의 다공성 분리막과 같이 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌(polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-cotrichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 풀루란 (pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose), 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체 (acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer), 폴리이미드(polyimide) 또는 이들의 혼합체 등의 재질이 적용될 수 있으며 또한, 비전도성 고분자 물질이면 무방하다.
이러한 분리부(400)는 분리막으로서 상측접속부(122)의 저면과 하측접속부(222)의 상면과 함께 일체화된 라미네이트 구조를 가짐으로써 안전성이 향상될 수 있다.
도 3은 상술된 적층형 전지의 집전구조에 의하여 형성된 전극조립체 모듈을 나타내는 측면도이다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 복수의 전극조립체들을 각각의 세트로 구성하여 각 접속부(122, 222)에 연결시켜 리드(300)는 이러한 접속부를 연결하여 전체적인 복수의 전극조립체로 이루어지는 전극조립체 모듈(1000)을 구성할 수 있다.
이에 따라, 전극조립체측은, 상측으로부터 제1전극조립체(100), 분리부(400) 및 제2전극조립체(200)로 구성될 수 있다.
또한, 일측으로 연장되어 집전되는 부위로서, 상측의 제1전극조립체(100)로부터 일측으로 연장되는 탭(121)들이 상호 연결되는 상측접속부(122) 및 하측의 제2전극조립체(200)로부터 일측으로 연장되는 탭(221)들이 상호 연결되는 하측접속부(222)와 이들과 사이를 연결하는 리드(300)로 구성된다.
상기 리드(300)와 상측접속부(122)의 사이는 용접에 의하여 접합이 이루어질 수 있고 이에 따라 양 부재 사이에는 상측용접부(123)가 형성되며, 리드(300)와 하측접속부(222) 사이에도 하측용접부(223)가 형성될 수 있다.
본 발명의 설명에서는 기본적으로 두 개의 전극조립체들이 그 사이의 리드(300)에 의하여 하나의 모듈을 구성하는 예를 설명하였지만, 경우에 따라 두 개 이상의 전극조립체들로서 전극조립체 모듈(1000)이 구성될 수도 있음은 물론이다.
도 1의 경우와 비교하면, 대략 동일한 층의 적층이 이루어지는 경우로서 종래기술의 경우 최상단의 탭(21)이 절곡된 각도에 비하여 본 발명의 최상단의 탭(121)의 절곡된 각도가 현저하게 줄어듦이 확인된다. 물론, 본 발명에 따르면, 최상단의 탭 뿐만 아니라, 모든 탭들이 절곡된 각도가 현저히 줄어들 수 있는 것이며, 이는 탭 상호 간, 접속부와 리드와의 접합 과정에서 스트레스가 현저히 저감됨을 의미한다.
한편, 이러한 절곡된 각도의 저감은 특히 리드(300)가 중심측에 개재되므로 리드(300)의 두께에 따라서도 발생될 수 있는 것이다. 즉, 종래기술의 경우 집합부(22)어느 일면에 단순히 연결됨에 반하여 본 발명의 경우 두 개의 접속부(122, 222)의 사이에 개재되어 두께의 이점을 제공하는 것이다.
또한, 종래기술의 경우 최상단의 탭(21)의 길이와 중심측에 배열되는 집전부로부터 인출된 탭(21)의 길이가 과도하게 차이나는 데 반하여 본 발명의 경우 이러한 길이의 차이도 현저하게 저감된다.
이러한 결과로서, 호일로 이루어지는 탭에 대한 진동이나 외부의 충격에 대한 작동신뢰성과 내구성이 향상되는 이점을 가진다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100...제1전극조립체 111, 121...전극부
120, 220...집전부 121, 221...탭
122...상측접속부 123...상측용접부
200...제2전극조립체 222...하측접속부
223...하측용접부 300...리드
400...분리부 1000..전극조립체 모듈
120, 220...집전부 121, 221...탭
122...상측접속부 123...상측용접부
200...제2전극조립체 222...하측접속부
223...하측용접부 300...리드
400...분리부 1000..전극조립체 모듈
Claims (8)
- 상측의 전극조립체로부터 연장된 탭이 상호 연결된 상측접속부;
하측의 전극조립체로부터 연장된 탭이 상호 연결된 하측접속부; 및
상기 상측접속부와 하측접속부 사이에 개재되어 상호 간에 전기적으로 연결되는 리드를 포함하는 적층형 전지의 집전구조. - 제1항에 있어서,
상측의 전극조립체와 하측의 전극조립체 사이에 배치되는 비전도성의 분리부를 포함하는 적층형 전지의 집전구조. - 제2항에 있어서,
상기 분리부는,
상측의 전극조립체와 하측의 전극조립체에 라미네이트되는 방식으로 결합되는 분리막인 적층형 전지의 집전구조. - 제1항에 있어서,
상기 리드는,
상면에 상측접속부의 저면이 용접되고 저면에 하측접속부의 상면이 용접되는 적층형 전지의 집전구조. - 제1전극조립체;
상기 제1전극조립체의 일측으로 연장되는 복수의 탭이 상호 연결되는 상측접속부;
상기 제1전극조립체의 하측에 배치되는 제2전극조립체;
상기 제2전극조립체의 일측으로 연장되는 복수의 탭이 상호 연결되는 하측접속부; 및
상기 상측접속부와 하측접속부를 연결하는 리드를 포함하는 전극조립체 모듈. - 제5항에 있어서,
상기 리드는,
상측접속부 및 하측접속부의 사이에 개재됨으로써, 그 두께에 의하여 탭이 높이방향의 중심측으로 절곡되는 각도를 저감하는 전극조립체 모듈. - 제5항에 있어서,
상측의 전극조립체와 하측의 전극조립체 사이에 배치되는 비전도성의 분리부를 포함하는 전극조립체 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 분리부는,
상측의 전극조립체와 하측의 전극조립체에 라미네이트되는 방식으로 결합되는 분리막인 전극조립체 모듈.
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-
2014
- 2014-10-28 KR KR1020140147536A patent/KR20160049827A/ko not_active Application Discontinuation
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