KR20160101783A - 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체에 관한 것으로서, 용접성 및 전해액 함침성을 개선하기 위해 젤리롤의 무지부가 주름지고, 서로 마주보는 방향으로 경사 형성된 상태로 탭플레이트에 용접되는 것을 특징으로 하는 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체에 관한 것이다.

Description

중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체{A HOLLOW-SHAPED JELLY ROLL TAP PLATE ASSEMBLY}

본 발명은 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체에 관한 것으로서, 젤리롤의 무지부가 주름지고, 서로 마주보게 경사 형성된 상태로 탭플레이트에 용접되어 용접성 및 전해액 함침성이 개선된 것을 특징으로 하는 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체에 관한 것이다.

이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 1차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대용 전화기나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 셀을 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다. 본원 발명자들은 내부에 중공을 가진 이차전지의 젤리롤(100) 전극 탭플레이트 조립체에 대해 2014년 6월 13일 출원한 바 있다. (한국 출원번호 10-2014-0071943)

이러한 이차전지는 양극판과 음극판을 교대로 권취해서 형성한 전극군을 케이스에 설치하고, 이로부터 형성되는 전극 단자를 구비하는 형태로 이루어진다. 상기 양, 음극판은 전지 작용시 발생되는 전류를 집전하기 위한 역할로서 도전성 탭(tap)이 각기 부착되고, 이 도전성 탭은 전극군에 용접 등으로 부착되어 각기 양, 음극판에 발생된 전류를 양, 음극 단자로 유도하게 된다.

또 다른 형태로, 상기한 이차 전지의 집전 구조에 있어서 고출력 이차 전지의 경우 전지의 저항을 감소시키기 위해 탭 대신 판 모양의 집전판이 제안되기도 하였다.

그런데, 이 같은 집전판 구조의 이차 전지는 전극군과 집전판 사이에 용접 불량이 야기되는 문제점이 있다. 즉, 젤리롤 형태로 전극군을 형성하고, 이를 집전판과 용접함에 있어서 전극군의 양단부로 각각 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성되는데, 이 무지부의 단차로 인해서 집전판과의 접촉 면적이 줄어 용접이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있다.

더욱이 전극군의 양음극판 각각의 최외각에 형성되는 무지부의 경우 무지부의 높이 차로 인해서 집전판과 무지부가 선택적으로 접촉을 하게 된다. 이에 따라, 집전판과 전극군의 접촉 면적이 더욱 줄어 들어 용접 불량 및 집전 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

이러한 용접 불량의 전지 셀들이 모여 하나의 전지 팩을 구성하는 경우 각 전지 셀간의 내부저항 산포가 심해 저마다의 출력 상태가 불안하여 결국 고출력 전기 에너지를 필요로 하는 기기에 적용되기가 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하여 탭플레이트와 무지부의 접촉 면적을 증가시켜서 용접 불량을 개선하면서도, 본 발명자들이 발명한 중공형 전지에 적합한 새로운 구조의 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 각각 일측 단부를 따라 형성된 무지부를 포함하는 제1 전극판 및 제2 전극판, 상기 제1,2 전극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 상기 제1 전극판의 무지부와 상기 제2 전극판의 무지부가 서로 반대 방향을 향해 배치된 상태에서 중심부에 중공부를 형성하면서 권취된 중공형 젤리롤; 및 상기 젤리롤의 양단에 전기적으로 연결되며, 상기 젤리롤 중공부에 대응하는 플레이트 중공부를 포함하는 탭플레이트; 를 포함하는 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체에 있어서, 상기 젤리롤의 양단 무지부의 상기 중공부를 형성하는 내주면이 외부를 향하여 경사진 상태로 상기 탭플레이트에 연결되는 것을 특징으로 하는 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체를 제공한다.

본 발명에 의한 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체는 상기 젤리롤의 양단 무지부의 외주면이 상기 중공부를 향하여 경사진 상태로 상기 탭플레이트에 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체에 있어서, 상기 젤리롤의 양단 무지부는 주름진 형태인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체에 있어서, 상기 탭플레이트의 단면적과 상기 탭플레이트에 접촉하는 젤리롤 단면적의 비가 아래와 같은 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.

0.2≤(탭플레이트의 단면적)/(젤리롤 단면적)≤1.0

본 발명에 의한 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체에 있어서, 상기 탭플레이트와 용접되는 상기 젤리롤의 양단 무지부 사이의 거리가 0 초과 0.5 mm 미만인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체는 전극판의 무지부가 경사형성되므로 탭플레이트와 무지부의 접촉 면적을 증가시켜서 용접 불량을 개선할 수 있으며, 또한 무지부가 주름진 상태로 용접되므로 전해액 주입성까지 개선하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 중공형 젤리롤의 적층구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체가 내부에 삽입되어 있는 중공형 전지의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체의 젤리롤과 탭플레이트가 조립된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5a는 도 4의 A 부위를 확대한 도면이다.
도 5b는 도 4의 B 부위를 확대한 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체의 제조과정을 간략하게 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체의 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 중공형 젤리롤의 적층구조를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체는 일측 단부에 형성된 제1 무지부(111)를 포함하는 제1 전극판(110) 및 타측 단부에 형성된 제2 무지부(121)를 포함하는 제2 전극판(120), 상기 제1, 2 전극판(110,120) 사이에 세퍼레이터(130)를 개재하여 상기 제1 전극판(110)의 제1 무지부(111)와 상기 제2 전극판(120)의 제2 무지부(121)가 서로 반대 방향을 향해 배치된 상태에서 중심부에 중공부(140)를 형성하면서 권취된 중공형 젤리롤(100); 및 상기 젤리롤(100)의 양단에 전기적으로 연결되며, 상기 젤리롤(100) 중공부(140)에 대응하는 관통홀(210)를 포함하는 한 쌍의 탭플레이트(200); 를 포함한다.

도 3은 도 1의 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체가 내부에 삽입되어 있는 중공형 전지의 사시도이다.

이러한 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체는 도 3에 도시된 외부 케이스(10)와, 중공부(140)를 구비하는 내부 케이스(20) 사이에 수용되어 중공형 전지를 구성한다.

도 4는 본 발명에 따른 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체의 젤리롤과 탭플레이트가 조립된 상태를 나타내는 도면이고, 도 5a는 도 4의 A 부위를 확대한 도면이며, 도 5b는 도 4의 B 부위를 확대한 도면이다.

본 발명에 의한 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체는 도 4, 도 5a, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1, 2 전극판(110,120)의 제1, 2 무지부(111,121) 중 일부는 외부를 향하여 경사진 상태(도 5의 A2,B2)로 탭플레이트(200)에 연결되고, 나머지는 중공부(140)를 향하여 경사진 상태(도 5의 A1,B1)로 상기 탭플레이트(200)에 연결된다.

구체적으로, 중공부(140)에 가까이 위치하는 제1, 2 무지부(111,121)는 외부 케이스(10)를 향하여 경사진 상태로 탭플레이트(200)에 연결되고, 외부 케이스(10)에 가까이 위치하는 제1, 2 무지부(111,121)는 중공부(140)를 향하여 경사진 상태로 상기 탭플레이트(200)에 연결된다.

이와 같이 본 발명에 의한 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체는 제1, 2 무지부(111,121)가 일 방향으로 절곡되지 않고 각 무지부(111,121)가 서로 마주보는 방향으로 절곡되어 젤리롤(100)과 탭플레이트(200)의 접촉 면적을 넓히면서도 작업성을 높이는 효과를 가진다.

또한, 각 무지부(111,121)가 서로 마주보는 방향으로 절곡되면 자연히 제1, 2 무지부(111,121)가 외부 케이스(10) 및 내부 케이스(20)에 접촉하는 것이 방지되므로 외부 케이스(10)와 내부 케이스(20) 사이에 젤리롤(100)을 수납시키는 작업이 용이하게 진행될 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체에 있어서, 도 4에서 보는 바와 같이 상기 탭플레이트의 단면적(R)과, 젤리롤 단면적(r1)은 아래와 같은 관계를 만족시킨다.

0.2≤(탭플레이트의 단면적)/(젤리롤 단면적)≤1.0

여기서, 젤리롤 단면적은 탭플레이트(200)에 접촉하는 젤리롤(100)의 상단부 또는 하단부 단면적을 의미한다.

이는 탭플레이트(200)의 단면적이 너무 작아지면 상기 제1, 2 무지부(111,121)의 경사각도를 크게 해야하기 때문에 전해액 주입성이 감소하게 되고, 탭플레이트(200)의 단면적이 너무 크면 제1, 2 무지부(111,121)의 경사각도가 너무 작아져 제1, 2 무지부(111,121)와 탭플레이트(200)의 접촉 면적이 감소하게 되기 때문이다.

또한, 본 발명에 의한 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체는 상기 탭플레이트(200)에 용접되는 제1 무지부(111) 사이의 거리 및 제2 무지부(121) 사이의 거리가 0 초과 0.5 mm 미만인 것을 특징으로 한다.

상기 제1 무지부(111) 및 제2 무지부(121) 사이의 거리가 너무 작으면, 즉 권취횟수가 많아지면 전지 용량은 증가되지만 전해액 주입성이 나빠지고, 제1 무지부(111) 및 제2 무지부(121) 사이의 거리가 너무 크면, 즉 권취횟수가 적어지면 전해액 주입성은 개선되지만 전지 용량이 감소되므로, 상기 탭플레이트(200)에 용접되는 제1 무지부(111) 사이의 거리 및 제2 무지부(121) 사이의 거리는 0 초과 0.5 mm 미만인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체에 있어서, 상기 제1, 2 무지부(111,121)는 주름진 상태로 탭플레이트(200)에 용접되는 것을 특징으로 한다. 상기 제1, 2 무지부(111,121)가 주름진 상태로 용접될 경우 제1, 2 무지부(111,121)와 탭플레이트(200)의 접촉 면적이 늘어날 뿐만 아니라 전해액 주입성도 개선시킬 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체의 제조방법에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 의한 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체의 제조과정을 간략하게 나타내는 도면이다.

먼저, 제1, 2 무지부(111,121)를 각각 포함하는 제1, 2 전극판(110,120), 상기 제1, 2 전극판(110,120) 사이에 세퍼레이터(130)를 개재하여 상기 제1 전극판(110)의 제1 무지부(111)와 상기 제2 전극판(120)의 제2 무지부(121)가 서로 반대 방향을 향해 배치된 상태에서 중심부에 중공부(140)가 형성되도록 권취하여 젤리롤(100)을 형성시킨 후 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 젤리롤(100)을 외부 케이스(10) 및 내부 케이스(20) 사이에 수용시킨다.

다음으로, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 젤리롤의 양단에 탭핑 압력을 가하여 위아래로 돌출된 제1, 2 무지부(111,121)에 주름을 형성시킨다. 여기서, 제1, 2 무지부(111,121)에 주름을 형성하기 위한 방법은 다양한 실시예가 가능하며 당업자가 자유롭게 적용할 수 있다.

다음으로, 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 주름이 형성된 제1, 2 무지부(111,121)를 지그(300)를 이용하여 상측에서 눌러주어 제1, 2 무지부(111,121)가 절곡되며 경사지도록 한다.

이때, 지그(300)에 의해 가해지는 외력을 적절히 조절하여 상술한 바와 같이 중공부(140)에 가까이 위치하는 제1, 2 무지부(111,121)는 외부 케이스(10)를 향해 절곡되도록 하고, 외부 케이스(10)에 가까이 위치하는 제1, 2 무지부(111,121)는 중공부(140)를 향해 절곡되도록 한다.

다음으로, 상기 지그(300)를 제거한 후 젤리롤(100) 내부의 중공부(140)을 전지 외부에까지 연결시킬 수 있는 탭플레이트(200)를 젤리롤(100)의 양단에 위치킨 후 제1, 2 무지부(111,121)를 탭플레이트(200)에 용접시킨다.

10: 외부 케이스 20: 내부 케이스
100: 젤리롤 110: 제1 전극판
111: 제1 무지부 120: 제2 전극판
121: 제2 무지부 130: 세퍼레이터
140: 중공부 200: 탭플레이트
210: 관통홀 300: 지그

Claims (5)

1. 일측 단부에 형성된 제1 무지부를 포함하는 제1 전극판 및 타측 단부에 형성된 제2 무지부를 포함하는 제2 전극판, 상기 제1, 2 전극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 상기 제1 전극판의 제1 무지부와 상기 제2 전극판의 제2 무지부가 서로 반대 방향을 향해 배치된 상태에서 중심부에 중공부를 형성하면서 권취된 중공형 젤리롤; 및
   상기 젤리롤의 양단에 전기적으로 연결되며, 상기 젤리롤 중공부에 대응하는 관통홀을 포함하는 한 쌍의 탭플레이트; 를 포함하는 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체에 있어서,
   상기 제1 무지부 및 제2 무지부는 각각 서로 마주보는 방향으로 경사진 상태로 상기 탭플레이트에 연결되는 것을 특징으로 하는 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 무지부와 제2 무지부는 각각 일부는 외부를 향하여 경사진 상태로 탭플레이트에 연결되고, 나머지는 중공부를 향하여 경사진 상태로 상기 탭플레이트에 연결되는 것을 특징으로 하는 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 무지부 및 제2 무지부는 주름진 형태인 것을 특징으로 하는 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 탭플레이트의 단면적과 상기 젤리롤 단면적은 아래와 같은 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체.
   0.2≤(탭플레이트의 단면적)/(젤리롤 단면적)≤1.0
   여기서, 젤리롤 단면적은 탭플레이트에 접촉하는 젤리롤의 상단부 또는 하단부 단면적을 의미한다.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 탭플레이트에 용접되는 상기 제1 무지부 사이의 거리 및 상기 제2 무지부 사이의 거리는 0 초과 0.5 mm 미만인 것을 특징으로 하는 중공형 젤리롤 전극 탭플레이트 조립체.
   
   
   

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