KR20160095538A - 이차전지용 집전체 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

이차전지용 집전체 및 이를 포함하는 이차 전지 Download PDF

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KR20160095538A
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임성훈
이상헌
김사흠
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Abstract

본 발명은 신뢰성 및 안전성을 대폭 향상시킨 이차전지용 집전체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명에 의한 이차전지용 집전체는, 박막 구조로 이루어지고, 절연성 재질로 이루어진 합성수지층; 및 상기 합성수지층의 양면에 결합된 한 쌍의 도전성 기재;를 포함하고, 각 도전성 기재는 이차전지의 분리막 보다 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지용 집전체 및 이를 포함하는 이차 전지{CURRENT COLLECTOR AND SECONDARY BATTERY HAVING THE SAME}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신뢰성 및 안전성을 대폭 향상시킨 이차전지용 집전체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차전지는 외부 전원으로 공급받은 전류가 양극과 음극 사이에서 물질의 산화ㆍ환원 반응을 일으키는 과정에서 생성된 전기를 충전하는 방식으로 반영구적 사용이 가능한 전지로서, 니켈-카드뮴, 리튬이온, 니켈-수소, 리튬폴리머 등 다양한 종류가 있다.
최근 대기 오염이나 지구 온난화에 대처하기 위해 이산화탄소 양의 저감이 절실히 요구되고 있다. 자동차 업계에서는 전기 자동차(이하, EV라고도 함)나 하이브리드 전기 자동차(이하, HEV라고도 함)의 도입에 의한 이산화탄소 배출량의 저감에 기대가 모아지고 있고, 이들 실용화의 열쇠를 쥐는 모터 구동용 이차 전지의 개발이 활발히 행해지고 있다. 이러한 모터 구동용 이차전지로서는 비수(非水)전해질 전지(비수계 용매형 이차전지라고도 칭해짐), 그 중에서도 가장 높은 이론 에너지를 갖는 리튬이온 이차전지가 주목을 받고 있고, 현재 급속히 개발이 진행되고 있다.
이러한 리튬 이온 이차전지는, 도 1에 도시된 바와 같이, 양극 활물질(3a, anode active material)이 양극 집전체(3)의 표면에 마련되어 구성된 양극(1)과, 음극 활물질(4a, cathode active material)이 음극 집전체(4)의 표면에 마련되어 구성된 음극(2)과, 양극(1) 및 음극(2) 사이에 개재된 분리막(5) 등을 가진다.
그리고, 양극 집전체(3)에는 알루미늄 포일(aluminum foil) 등이 이용되고, 음극 집전체(4)에는 구리 포일(cuppor foil) 등이 이용된다.
한편, 이러한 이차전지는 물리적 손상 등으로 인해 내부 단락 등이 쉽게 발생하고, 심할 경우에는 열폭주로 인한 발화/폭발 등이 초래되는 문제점이 있었다.
이차전지의 내부 단락에는 다양한 경우가 있으며, 특히 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 충격으로 인해 양극(1)의 양극 집전체(3)가 파손되면 양극 집전체(3)의 파손된 부분(1a)이 버(burr) 형상과 같이 분리막(5)을 관통하여 음극(2)과 접촉하는 경우가 빈번하게 이루어질 수 있다(도 1의 A 부분 참조). 이렇게 양극 집전체의 파손된 부분이 버(burr) 형상과 같이 분리막을 관통하여 음극과 접촉하면 전류가 통과함에 따라 발열이 심하게 발생하고, 이에 따라 발화 내지 폭발 등이 초래될 위험이 있었다.
반대로, 외부 충격으로 인해 음극(2)의 음극 집전체(4)가 파손되면 음극 집전체(4)의 파손된 부분이 분리막(5)을 통과하여 양극(1)과 접촉할 경우에도 전류의 통과를 통한 발열로 인해 발화 내지 폭발의 위험성이 있었다.
이에 따라, 종래의 이차전지는 그 내부단락을 최소화하기 위하여 분리막 또는 전극의 표면에 세라믹 등과 같은 절연층을 코팅하는 방안이 제안되었지만, 이러한 절연층의 코팅방식은 그 에너지밀도를 감소시킬 뿐만 아니라 그 제조비용이 증가하는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점을 극복하기 위하여 창출된 것으로, 집전체의 두께를 분리막 두께의 절반 이하로 대폭 감소시켜 외부 충격으로 인해 일측(양극 또는 음극)의 집전체가 파손하더라도 그 집전체의 파손된 부분이 분리막을 완전히 관통하지 못하도록 함으로써 집전체의 파손된 부분이 대향하는 전극과 접촉함을 최소화할 수 있고, 이를 통해 내부 단락 발생의 위험성을 대폭 낮춰 그 안전성과 신뢰성을 향상시킨 이차전지용 집전체 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 양극과, 음극과, 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 가진 이차전지에 이용되는 이차전지용 집전체로서,
박막 구조로 이루어지고, 절연성 재질로 이루어진 합성수지층; 및
상기 합성수지층의 양면에 결합된 한 쌍의 도전성 기재;를 포함하고,
각 도전성 기재는 이차전지의 분리막 보다 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
각 도전성 기재의 두께는 분리막 두께의 절반 이하로 형성되는 것을 특징으로 한다.
각 도전성 기재의 두께는 분리막 두께의 5~50%로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 합성수지층에는 일정 문양의 미세크랙 또는 복수의 미세공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 합성수지층은 열수축성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는,
양극 집전체와, 양극 집전체의 표면에 마련된 양극 활물질로 이루어진 양극;
음극 집전체와, 음극 집전체의 표면에 마련된 음극 활물질로 이루어진 음극; 및
상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막;을 포함하고,
상기 양극 집전체는 절연성 재질로 이루어진 박막 구조의 합성수지층과, 상기 합성수지층의 양면에 결합된 한 쌍의 양극 기재를 가지며,
상기 양극 기재는 상기 분리막 보다 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 양극 기재의 두께는 분리막 두께의 절반 이하로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 양극 기재의 두께는 분리막 두께의 5~50%로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 합성수지층에는 일정 문양의 미세크랙 또는 복수의 미세공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 합성수지층은 열수축성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 다른 실시예에 따른 이차전지는,
양극 집전체와, 양극 집전체의 표면에 마련된 양극 활물질로 이루어진 양극;
음극 집전체와, 음극 집전체의 표면에 마련된 음극 활물질로 이루어진 음극; 및
상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막;을 포함하고,
상기 음극 집전체는 절연성 재질로 이루어진 박막 구조의 합성수지층과, 상기 합성수지층의 양면에 결합된 한 쌍의 음극 기재를 가지며,
상기 음극 기재는 상기 분리막 보다 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 음극 기재의 두께는 분리막 두께의 절반 이하로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 음극 기재의 두께는 분리막 두께의 5~50%로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 합성수지층에는 일정 문양의 미세크랙 또는 복수의 미세공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 합성수지층은 열수축성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지는,
양극 집전체와, 양극 집전체의 표면에 마련된 양극 활물질로 이루어진 양극;
음극 집전체와, 음극 집전체의 표면에 마련된 음극 활물질로 이루어진 음극; 및
상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막;을 포함하고,
상기 양극 집전체는 절연성 재질로 이루어진 박막 구조의 합성수지층과, 상기 합성수지층의 양면에 결합된 한 쌍의 양극 기재를 가지며,
상기 음극 집전체는 절연성 재질로 이루어진 박막 구조의 합성수지층과, 상기 합성수지층의 양면에 결합된 한 쌍의 음극 기재를 가지고,
상기 양극 기재 및 음극 기재 각각은 상기 분리막 보다 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 양극 기재 및 음극 기재 각각의 두께는 상기 분리막 두께의 절반 이하로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 양극 기재 및 음극 기재 각각의 두께는 상기 분리막 두께의 5~50%로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 합성수지층에는 일정 문양의 미세크랙 또는 복수의 미세공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 합성수지층은 열수축성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 합성수지층의 양면에 한 쌍의 도전성 기재가 물리적 또는 화학적 방식으로 결합되어 하나의 집전체를 구성함으로써 도전성 기재의 두께를 이차전지의 분리막 보다 얇게 할 수 있고, 외부 충격으로 인해 집전체가 파손될 경우에 도전성 기재는 그 두께가 분리막 보다 얇게 형성되어 있으므로 그 파손된 부분이 분리막을 관통하여 대향 전극과 접촉됨을 최소화할 수 있으므로 단락 발생의 위험성이 낮아져 그 안전성과 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 도전성 기재의 파손된 부분이 대향하는 전극과 접촉하더라도 도전성 기재의 두께가 얇게 형성되어 있으므로 그 접촉부에 과전류가 통과하여 순간적으로 용융하여 절단될 수 있다. 요컨대, 도전성 기재의 파손된 부분이 과전류에 의해 융단(融斷)이 일어나 도전성 기재의 파손된 부분과 대향 전극 사이의 전기적 접촉이 해제됨으로써 전기적 단락의 발생을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 합성수지층에 미세크랙 또는 미세공이 형성됨에 따라 외부 충격이 가해질 경우 합성수지층의 미세크랙 또는 미세공에 의해 도전성 기재의 외부 충격이 가해진 부분에서 파단(破斷)이 쉽게 유도되고, 이에 도전성 기재의 파단된 부분이 대향하는 전극과 접촉하더라도 전기적 합선이 차단될 수 있으므로 단락 발생의 위험성이 낮아져 그 안전성과 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 합성수지층이 열수축성 수지로 이루어짐에 따라 외부 충격으로 인해 도전성 기재의 파손된 부분이 대향 전극과 접촉하더라도 전류가 통과할 때 발생하는 발열로 인해 합성수지층이 수축할 수 있고, 이러한 합성수지층의 수축으로 인해 도전성 기재의 파손된 부분은 대향 전극으로부터 이격되어 그 접촉이 해제되며, 이러한 접촉 해제를 통해 발열이 감소하여 안전성 및 신뢰성이 높아질 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 이차전지의 집전체가 외부 충격에 의해 대향 전극과 전기적으로 접촉하는 상태를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집전체를 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 집전체의 합성수지층을 도시한 평면도로서, 도 3(a) 내지 도 3(c)는 합성수지층에 형성된 복수의 미세크랙을 형태별로 예시하며, 도 3(d)는 합성수지층에 형성된 복수의 관통공을 예시한다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 이차전지를 도시한 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 이차전지에서 외부 충격에 의해 양극 집전체가 파손될 경우 집전체의 도전성 기재(양극 기재)가 분리막을 관통하지 않음에 따라 도전성 기재(양극 기재)와 음극의 전기적 접촉이 최소화됨을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 이차전지를 도시한 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 이차전지를 도시한 측단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 집전체를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 이차전지용 집전체(10)는 절연성 재질로 이루어진 박막구조의 합성수지층(11)과, 합성수지층(11)의 양면에 마련된 한 쌍의 도전성 기재(12, 13)로 이루어지며, 한 쌍의 도전성 기재(12, 13)는 전기진다.
합성수지층(11)은 PET, PP, PE, PI 등과 같이 도전성 기재(12, 13)와의 결합이 용이함과 더불어 전기화학적으로 안정적이고, 박막(필름) 구조로 제조가 용이하게 수지재질로 이루어진다.
한 쌍의 도전성 기재(12, 13)는 합성수지층(11)의 양면에 물리적 또는 화학적으로 결합되고, 후술하는 바와 같이 본 발명의 집전체(10)가 이차전지(100)의 양극 집전체로 이용될 경우에는 도전성 기재(12, 13)는 양극 기재(12a, 13a)가 되고(도 4 및 도 7 참조), 이차전지(100)의 음극 집전체로 이용될 경우에는 도전성 기재(12, 13)는 음극 기재(12b, 13b)가 된다(도 6 및 도 7 참조).
이러한 도전성 기재(12, 13; 12a, 13a; 12b, 13b)는 실질적으로 양극 집전체 또는 음극 집전체 역할을 하는 것으로, 일반적인 이차전지의 양극 집전체 또는 음극 집전체와 동일한 재질로 이루어진다.
본 발명에 의한 이차전지용 집전체가 이차전지의 양극 집전체 및 음극 집전체 중에서 적어도 어느 하나에 적용될 경우에, 이러한 도전성 기재(12, 13)는 실질적으로 양극 집전체(양극 기재) 또는 음극 집전체(음극 기재)로서의 역할을 한다.
한편, 각 도전성 기재(12, 13)는 적어도 한 단부에 합성수지층(11)의 단부 보다 길이방향으로 돌출된 돌출연장부(14, 15)를 가질 수 있고, 이러한 돌출연장부(14, 15)는 본 발명의 집전체(10)가 양극 집전체 또는 음극 집전체로 적용될 경우에, 양극 리드(61) 또는 음극 리드(62)와의 결합을 보다 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 이차전지용 집전체(10)는 합성수지층(11)의 양면에 한 쌍의 도전성 기재(12, 13)가 적층식으로 결합된 구조로 이루어짐에 따라, 실질적인 집전체의 역할을 하는 도전성 기재(12, 13)의 두께를 대폭 감소시킬 수 있다.
종래의 이차전지에 이용되는 양극 집전체 또는 음극 집전체는 그 자체의 두께가 대략 10㎛ 이상으로 이루어지고, 특히 전극의 공정성 확보 어려움으로 인해 그 두께를 10㎛이하로 성형함이 곤란하였다. 하지만, 본 발명의 집전체(10)는 합성수지층(11)의 양면에 한 쌍의 도전성 기재(12, 13)를 적층식으로 결합한 구조로 구성함에 따라 실질적인 집전체의 역할을 하는 도전성 기재(12, 13)의 두께를 종래에 비해 대폭 감소시킬 수 있다.
특히, 도전성 기재(12, 13)는 이차전지(100)의 분리막(40) 보다 얇은 두께를 가지고, 보다 구체적으로는 각 도전성 기재(12, 13)의 두께는 분리막(40)의 두께의 절반 이하로 형성됨이 바람직하다.
그리고, 각 도전성 기재(12, 13)의 두께는 분리막(40) 두께의 5~50%로 형성됨이 더욱 바람직할 것이다. 예컨대, 분리막(40)의 두께는 15~20㎛로 이루어지고, 도전성 기재(12, 13)의 두께는 1~7㎛으로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 합성수지층(11)의 양면에 한 쌍의 도전성 기재(12, 13)가 물리적 또는 화학적 방식으로 결합되어 하나의 집전체(10)를 구성함으로써 도전성 기재(12, 13)의 두께를 이차전지(100)의 분리막(40) 보다 대폭 얇게 할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 이차전지용 집전체(10)가 양극 집전체에 적용된 이차전지에서의 외부 충격에 의한 전기적 단락 과정을 나타낸 것을 예시하고 있다.
도 5에 예시된 바와 같이, 나사 또는 못(6) 등에 의한 외부 충격이 집전체(10)의 일측에 가해져 집전체(10)의 일부가 파손되어 버(burr) 형상으로 굴곡되면, 도전성 기재(12, 13)는 그 두께가 분리막 보다 얇게 형성되어 있으므로 도전성 기재(12, 13)의 파손된 부분(10a)이 분리막(40)을 완전히 관통하지 않으며, 이에 따라 도전성 기재(12, 13)의 파손된 부분(10a)이 대향하는 전극(30)과 접촉됨을 최소화할 수 있으므로 단락 발생의 위험성이 낮아져 그 안전성과 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 도전성 기재(12, 13)의 파손된 부분(10a)이 대향하는 전극(30)과 접촉하더라도 도전성 기재(12, 13)의 두께가 얇게 형성되어 있으므로 그 접촉부에 과전류가 통과하여 순간적으로 용융하여 절단될 수 있다. 요컨대, 도전성 기재의 파손된 부분이 과전류에 의해 융단(融斷)이 일어나 도전성 기재의 파손된 부분(10)과 대향 전극(30)의 전기적 접촉이 해제됨으로써 전기적 단락의 발생을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
합성수지층(11)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 일정 문양의 미세크랙(11a, 11b, 11c) 또는 관통공(11d)이 형성되고, 이러한 미세크랙(11a)의 일 형태는 도 3(a)와 같이 격자형 구조로 이루어지며, 미세크랙(11b)의 다른 형태는 도 3(b)와 같이 복수의 원형 구조로 이루어지고, 미세크랙(11c)의 또 다른 형태는 도 3(c)와 같이 복수의 별모양 구조로 이루어질 수 있다. 그리고, 합성수지층(11)에는 도 3(d)와 같이 복수의 관통공(11d)이 형성될 수도 있다.
이와 같이, 합성수지층(11)에 미세크랙(11a, 11b, 11c) 또는 관통공(11d)이 형성됨에 따라 외부 충격이 가해질 경우 합성수지층(11)의 미세크랙(11a, 11b, 11c) 또는 관통공(11d)에 의해 도전성 기재(12, 13)의 외부 충격이 가해진 부분에서 파단(破斷)이 쉽게 유도되고, 이에 도전성 기재(12, 13)의 파단된 부분이 대향하는 전극과 접촉하더라도 전기적 합선이 차단될 수 있으므로 단락 발생의 위험성이 낮아져 그 안전성과 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.
합성수지층(11)은 열수축성 수지로 이루어지고, 이에 따라 외부 충격으로 인해 도전성 기재(12, 13)의 파손된 부분이 대향 전극과 접촉하더라도 전류가 통과할 때 발생하는 발열로 인해 합성수지층이 수축할 수 있고, 이러한 합성수지층의 수축으로 인해 도전성 기재의 파손된 부분은 대향 전극으로부터 이격되어 그 접촉이 해제되며, 이러한 접촉 해제를 통해 발열이 감소하여 안전성 및 신뢰성이 높아질 수 있는 장점이 있다.
그리고, 집전체(10)의 전체 두께를 컴팩트하게 구현하기 위하여 합성수지층(11)의 두께는 10㎛이하가 바람직할 것이다.
이하에서는, 본 발명에 의한 집전체(10)가 양극 집전체에 적용된 이차전지(도 4 참조), 음극 집전체에 적용된 이차전지(도 6 참조), 양극 집전체 및 음극 집전체 모두에 적용된 이차전지(도 7 참조)를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 이차전지를 도시한 도면이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 이차전지는 양극 집전체(10) 및 양극 집전체(10)의 표면에 마련된 양극 활물질(22)로 이루어진 양극(20)과, 음극 집전체(31)및 음극 집전체(31)의 표면에 마련된 음극 활물질(32)로 이루어진 음극(30)과, 양극(20) 및 음극(30) 사이에 개재된 분리막(40)을 포함한다.
양극(20)은 양극 집전체(10) 및 양극 집전체(10)의 양면 또는 적어도 일면에 도포된 양극 활물질(22)으로 구성된다.
특히, 제1실시예에 따른 양극 집전체(10)는 합성수지층(11)의 양면에 양극 기재(12a, 13a; anode substrate)가 적층식으로 결합되어 있다. 양극 기재(12a, 13a)는 알루미늄 포일(aluminum foil) 등과 같은 양극 집전체와 동일한 도전성 재질로 이루어져 양극 집전체의 기능을 수행하도록 구성된다.
이와 같이, 제1실시예의 양극 집전체(10)는 한 쌍의 양극 기재(12a, 13a)가 절연성 재질의 합성수지층(11) 양면에 결합됨에 따라 실질적인 양극 집전체의 기능을 수행하는 양극 기재(12a, 13a)는 그 두께가 대폭 감소될 수 있고, 이에 외부 충격에 의한 양극 집전체(10)와 음극(30)의 전기적 접촉이 최소화될 수 있다.
이러한 양극 기재(12a, 13a)에는 양극 리드(61)가 각각 결합되고, 양극 리드(61)의 단부에는 양극 탭(63)이 결합되며, 양극 탭(63)의 일부가 케이스(60)의 외부로 노출되게 구성될 수 있다.
그리고, 양극 집전체(10)의 나머지 구성 예컨대, 양극 기재(12a, 13a)의 두께, 합성수지층(11) 등에 관한 구성은 도 2에 도시되고 설명된 바와 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다.
음극(30)은 음극 집전체(31) 및 음극 집전체(31)의 양면 또는 적어도 일면에 도포된 음극 활물질(32)로 구성된다.
본 발명의 제1실시예의 음극 집전체(31)은 기존의 이차전지에 이용되는 음극 집전체와 동일한 재질, 예컨대 구리 포일(copper foil) 등의 재질로 이루어질 수 있다.
음극 집전체(31)에는 음극 리드(62)가 결합되고, 음극 리드(62)의 단부에는 음극 탭(64)이 결합되며, 음극 탭(64)의 일부가 케이스(60)의 외부로 노출되게 구성될 수 있다.
한편, 양극(20), 분리막(40), 음극(30)이 적층되어 단전지(50)를 구성하고, 이러한 단전지(50)가 2 이상으로 적층되어 구성되며, 이렇게 적층된 단전지(50)들의 조합은 케이스(60)에 의해 보호될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 이차전지를 도시한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 이차전지는 양극 집전체(21) 및 양극 집전체(21)의 표면에 마련된 양극 활물질(22)로 이루어진 양극(20)과, 음극 집전체(10) 및 음극 집전체(10)의 표면에 마련된 음극 활물질(32)로 이루어진 음극(30)과, 양극(20) 및 음극(30) 사이에 개재된 분리막(40)을 포함한다.
양극(20)은 양극 집전체(21) 및 양극 집전체(21)의 양면 또는 적어도 일면에 도포된 양극 활물질(22)으로 구성된다.
본 발명의 제2실시예에 따른 양극 집전체(21)은 기존의 이차전지에 이용되는 양극 집전체와 동일한 재질, 예컨대 알루미늄 포일(aluminum foil) 등의 재질로 이루어질 수 있다.
양극 집전체(21)에는 양극 리드(21a)가 결합되고, 양극 리드(21a)의 단부에는 양극 탭(61)이 결합되며, 양극 탭(61)의 일부가 케이스(60)의 외부로 노출되게 구성될 수 있다.
음극(30)은 음극 집전체(10) 및 음극 집전체(10)의 양면 또는 적어도 일면에 도포된 음극 활물질(32)으로 구성된다.
특히, 제2실시예에 따른 음극 집전체(10)는 합성수지층(11)의 양면에 음극 기재(12b, 13b; cathode substrate)가 적층식으로 결합되어 있다. 음극 기재(12b, 13b)는 구리 포일(copper foil) 등과 같이 음극 집전체와 동일한 도전성 재질로 이루어져 음극 집전체의 기능을 수행하도록 구성된다.
이와 같이, 제2실시예의 음극 집전체(10)는 한 쌍의 음극 기재(12b, 13b)가 절연성 재질의 합성수지층(11) 양면에 결합됨에 따라 실질적인 음극 집전체의 기능을 수행하는 음극 기재(12b, 13b)는 그 두께가 대폭 감소될 수 있고, 이에 외부 충격에 의한 음극 집전체(10)와 양극(20)의 전기적 접촉이 최소화될 수 있다.
이러한 음극 기재(12b, 13b)에는 음극 리드(62)가 각각 결합되고, 음극 리드(62)의 단부에는 음극 탭(64)이 결합되며, 음극 탭(64)의 일부가 케이스(60)의 외부로 노출되게 구성될 수 있다.
그리고, 음극 집전체(10)의 전체적인 구성 예컨대, 음극 기재(12b, 13b)의 두께, 합성수지층(11) 등에 관한 구성은 도 2에 도시되고 설명된 바와 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다.
한편, 양극(20), 분리막(40), 음극(30)이 적층되어 단전지(50)를 구성하고, 이러한 단전지(50)가 2 이상으로 적층되어 구성될 수 있으며, 이렇게 적층된 단전지(50)들의 조합은 케이스(60)에 의해 보호될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 이차전지를 도시한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 이차전지는 양극 집전체(10) 및 양극 집전체(10)의 표면에 마련된 양극 활물질(22)로 이루어진 양극(20)과, 음극 집전체(10) 및 음극 집전체(10)의 표면에 마련된 음극 활물질(32)로 이루어진 음극(30)과, 양극(20) 및 음극(30) 사이에 개재된 분리막(40)을 포함한다.
양극(20)은 양극 집전체(10) 및 양극 집전체(10)의 양면 또는 적어도 일면에 도포된 양극 활물질(22)으로 구성된다.
제3실시예에 따른 양극 집전체(10)는 상술한 집전체(10)와 동일하게 합성수지층(11)의 양면에 양극 기재(12a, 13a; anode substrate)가 적층식으로 결합되어 있다. 양극 기재(12a, 13a)는 알루미늄 포일(aluminum foil) 등과 같은 양극 집전체와 동일한 도전성 재질로 이루어져 양극 집전체의 기능을 수행하도록 구성된다.
이와 같이, 제1실시예의 양극 집전체(10)는 한 쌍의 양극 기재(12a, 13a)가 절연성 재질의 합성수지층(11) 양면에 결합됨에 따라 실질적인 양극 집전체의 기능을 수행하는 양극 기재(12a, 13a)는 그 두께가 대폭 감소될 수 있고, 이에 외부 충격에 의한 양극 집전체(10)와 음극(30)의 전기적 접촉이 최소화될 수 있다.
이러한 양극 기재(12a, 13a)에는 양극 리드(61)가 각각 결합되고, 양극 리드(61)의 단부에는 양극 탭(63)이 결합되며, 양극 탭(63)의 일부가 케이스(60)의 외부로 노출되게 구성될 수 있다.
그리고, 양극 집전체(10)의 나머지 구성 예컨대, 양극 기재(12a, 13a)의 두께, 합성수지층(11) 등에 관한 구성은 도 2에 도시되고 설명된 바와 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다.
음극(30)은 음극 집전체(10) 및 음극 집전체(10)의 양면 또는 적어도 일면에 도포된 음극 활물질(32)으로 구성된다.
특히, 제2실시예에 따른 음극 집전체(10)는 합성수지층(11)의 양면에 음극 기재(12b, 13b; cathode substrate)가 적층식으로 결합되어 있다. 음극 기재(12b, 13b)는 구리 포일(copper foil) 등과 같이 음극 집전체와 동일한 도전성 재질로 이루어져 음극 집전체의 기능을 수행하도록 구성된다.
이와 같이, 제2실시예의 음극 집전체(10)는 한 쌍의 음극 기재(12b, 13b)가 절연성 재질의 합성수지층(11) 양면에 결합됨에 따라 실질적인 음극 집전체의 기능을 수행하는 음극 기재(12b, 13b)는 그 두께가 대폭 감소될 수 있고, 이에 외부 충격에 의한 음극 집전체(10)와 양극(20)의 전기적 접촉이 최소화될 수 있다.
이러한 음극 기재(12b, 13b)에는 음극 리드(62)가 각각 결합되고, 음극 리드(62)의 단부에는 음극 탭(64)이 결합되며, 음극 탭(64)의 일부가 케이스(60)의 외부로 노출되게 구성될 수 있다.
그리고, 음극 집전체(10)의 전체적인 구성 예컨대, 음극 기재(12b, 13b)의 두께, 합성수지층(11) 등에 관한 구성은 도 2에 도시되고 설명된 바와 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다.
한편, 양극(20), 분리막(40), 음극(30)이 적층되어 단전지(50)를 구성하고, 이러한 단전지(50)가 2 이상으로 적층되어 구성될 수 있으며, 이렇게 적층된 단전지(50)들의 조합은 케이스(60)에 의해 보호될 수 있다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.
10: 집전체 11: 합성수지층
12, 13: 도전성 기재 12a, 13a: 양극 기재
12b, 13b: 음극 기재 20: 양극
22: 양극 활물질 30: 음극
32: 음극 활물질

Claims (20)

  1. 양극과, 음극과, 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 가진 이차전지에 이용되는 집전체로서,
    박막 구조로 이루어지고, 절연성 재질로 이루어진 합성수지층; 및
    상기 합성수지층의 양면에 결합된 한 쌍의 도전성 기재;를 포함하고,
    각 도전성 기재는 이차전지의 분리막 보다 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지용 집전체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    각 도전성 기재의 두께는 분리막 두께의 절반 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 집전체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    각 도전성 기재의 두께는 분리막 두께의 5~50%로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 집전체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 합성수지층에는 일정 문양의 미세크랙 또는 복수의 미세공이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 집전체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 합성수지층은 열수축성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지용 집전체.
  6. 양극 집전체와, 양극 집전체의 표면에 마련된 양극 활물질로 이루어진 양극;
    음극 집전체와, 음극 집전체의 표면에 마련된 음극 활물질로 이루어진 음극; 및
    상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막;을 포함하고,
    상기 양극 집전체는 절연성 재질로 이루어진 박막 구조의 합성수지층과, 상기 합성수지층의 양면에 결합된 한 쌍의 양극 기재를 가지며,
    상기 양극 기재는 상기 분리막 보다 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 양극 기재의 두께는 분리막 두께의 절반 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 양극 기재의 두께는 분리막 두께의 5~50%로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 합성수지층에는 일정 문양의 미세크랙 또는 복수의 미세공이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 합성수지층은 열수축성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 양극 집전체와, 양극 집전체의 표면에 마련된 양극 활물질로 이루어진 양극;
    음극 집전체와, 음극 집전체의 표면에 마련된 음극 활물질로 이루어진 음극; 및
    상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막;을 포함하고,
    상기 음극 집전체는 절연성 재질로 이루어진 박막 구조의 합성수지층과, 상기 합성수지층의 양면에 결합된 한 쌍의 음극 기재를 가지며,
    상기 음극 기재는 상기 분리막 보다 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 음극 기재의 두께는 분리막 두께의 절반 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 음극 기재의 두께는 분리막 두께의 5~50%로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 합성수지층에는 일정 문양의 미세크랙 또는 복수의 미세공이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 합성수지층은 열수축성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 양극 집전체와, 양극 집전체의 표면에 마련된 양극 활물질로 이루어진 양극;
    음극 집전체와, 음극 집전체의 표면에 마련된 음극 활물질로 이루어진 음극; 및
    상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막;을 포함하고,
    상기 양극 집전체는 절연성 재질로 이루어진 박막 구조의 합성수지층과, 상기 합성수지층의 양면에 결합된 한 쌍의 양극 기재를 가지며,
    상기 음극 집전체는 절연성 재질로 이루어진 박막 구조의 합성수지층과, 상기 합성수지층의 양면에 결합된 한 쌍의 음극 기재를 가지고,
    상기 양극 기재 및 음극 기재 각각은 상기 분리막 보다 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 양극 기재 및 음극 기재 각각의 두께는 상기 분리막 두께의 절반 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 양극 기재 및 음극 기재 각각의 두께는 상기 분리막 두께의 5~50%로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 합성수지층에는 일정 문양의 미세크랙 또는 복수의 미세공이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 합성수지층은 열수축성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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