KR20170011038A - 2차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탭부재가 파우치와 접촉하는 것을 회피하기 위한 2차 전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극 집전체, 내부에 상기 전극 집전체를 수용하는 파우치 및 상기 전극 집전체로부터 연장되는 탭부재, 상기 탭부재와 전기적으로 연결되되 상기 파우치의 외부로 노출되는 리드부를 포함하고, 상기 전극 집전체의 둘레 중 일부는 내측으로 함몰되어 함몰부를 형성하며, 상기 탭부재는 상기 함몰부가 형성된 영역으로부터 돌출되는 것을 특징으로 한다.

Description

2차 전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은 2차 전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 탭부재가 파우치와 접촉하는 것을 회피하기 위한 2차 전지에 관한 것이다.

리튬 2차 전지는 전해질 형태에 따라 리튬 금속전지, 리튬 이온전지, 리튬 2차 전지로 나눌 수 있다.

여기서 리튬 2차 전지는 전해질이 고체 또는 젤 형태이기 때문에 불의의 사고로 전지가 파손되어도 전해질이 밖으로 새어 나가지 않아 발화하거나 폭발할 우려가 거의 없어 안전성이 확보되고 에너지 효율이 높다는 장점이 있다.

또한, 견고한 금속 외장을 사용할 필요가 없고, 용도에 따라 다양한 크기와 모양으로 제조할 수 있으며, 3mm 이하 두께로 제작이 가능하고 무게도 30% 이상 줄일 수 있으며, 대량생산 및 대형전지 제조가 가능하다.

이런 이유로 리튬 2차 전지는 현재 상용화되어 다양한 분야에서 사용되고 있다.

대한민국공개특허공보 제10-2008-0102606호에는 종래의 파우치형 이차 전지가 공지되어 있다.

도 1은 종래의 파우치형 2차 전지를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 종래의 파우치형 2차 전지에서 브이 포밍부를 보이기 위해 일부 절개하여 측면에서 도시한 일부 단면도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 파우치형 2차 전지(1)는 전극 집전체(5)의 멀티탭(7)들을 외부와 연결해 주는 리드(3)와 용접하여 연결하고 이 부위를 "V"자 모양이 되게 하는 브이 포밍(V-forming) 구조(9)를 적용하고 있다.

이때, 음극 탭이 파우치와 닿아 파우치 내의 알루미늄 레이어(layer)와 연결되면 부식(Corrosion) 반응이 일어나 배터리 스웰링(swelling)을 유발시킬 수 있다.

따라서 현재는 음극 탭 위로 절연성의 테이프를 부착하여 직접적인 음극 탭과 파우치 간의 접촉을 방지하고 있다.

도 3은 종래의 파우치형 2차 전지의 디가스 공정에서 파우치의 상부와 음극 탭의 버가 접촉하는 것을 도시한 도면이다.

그런데 도 3에 도시된 바와 같이, 2전지 제조 과정에서 음극 탭(7) 절단 시 음극 탭 끝단에 금속 버(burr; 7a)가 발생 되는데, 파우치(1) 내부의 진공상태에서 디가스(degas) 공정을 실행하면 파우치(1)가 셀 내부 방향으로 빨려들어가면서 음극 탭(7)의 금속 버(7a)에 파우치(1)가 접촉할 수 있는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 음극 탭이 파우치에 접촉하는 것을 회피할 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 2차 전지는 전극 집전체, 내부에 상기 전극 집전체를 수용하는 파우치 및 상기 전극 집전체로부터 연장되는 탭부재, 상기 탭부재와 전기적으로 연결되되 상기 파우치의 외부로 노출되는 리드부를 포함하고, 상기 전극 집전체의 둘레 중 일부는 내측으로 함몰되어 함몰부를 형성하며, 상기 탭부재는 상기 함몰부가 형성된 영역으로부터 돌출되는 것을 특징으로 한다.

상기 탭부재의 저면에 부착되어 상기 탭부재와 상기 파우치간의 접촉을 차단하는 절연부재를 더 포함하며, 상기 탭부재의 상부는 상기 함몰부에 의해 하측으로 기울어질 수 있다.

상기 함몰부를 사이에 두고 양측에는 상기 함몰부보다 외측으로 돌출되는 연장부가 형성될 수 있다.

상기 연장부에 의해 상기 연장부가 돌출되는 방향으로 상기 파우치와 상기 전극 집전체와의 사이에 이격된 공간이 채워지게 할 수 있다.

상기 파우치는 상기 전극 집전체를 수용하기 위한 수용부를 형성하는 하부 파우치, 상기 하부 파우치를 마감하며 상기 함몰부가 형성된 영역 상에서 만곡되는 상부 파우치를 포함하고, 상기 리드부와 상기 탭부재 간 연결되는 영역은 상기 상부 파우치로부터 이격 될 수 있다.

본 발명에 따르면, 탭부재가 상부 파우치로부터 이격되게 하여 2차 전지의 스웰링(swelling)을 방지하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 파우치 내부의 빈공간을 전극으로 채워 전극 집전체의 용량을 증가시키는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 함몰부에 의해 전극의 용량이 감소하는 것을 연장부에 의해 보상하는 장점이 있다.

도 1은 종래의 파우치형 2차 전지를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 종래의 파우치형 2차 전지에서 브이 포밍부를 보이기 위해 일부 절개하여 측면에서 도시한 일부 단면도이다.
도 3은 종래의 파우치형 2차 전지의 디가스 공정에서 파우치의 상부와 음극 탭의 버가 접촉하는 것을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 함몰부가 형성된 영역을 절개하여 측면에서 도시한 일부 확대 단면도이다.
도 6은 도 4에서 파우치의 내부가 보이도록 파우치를 투시하여 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 함몰부가 형성된 영역을 절개하여 측면에서 도시한 일부 확대 단면도이다.

도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 2차 전지는 전극 집전체(20), 내부에 상기 전극 집전체(20)를 수용하는 파우치(10) 및 상기 전극 집전체(20)로부터 연장되는 탭부재(30), 상기 탭부재(30)와 전기적으로 연결되되 상기 파우치의 외부로 노출되는 리드부(40)를 포함하고, 상기 전극 집전체(20)의 둘레 중 일부는 내측으로 함몰되어 함몰부(21)를 형성하며, 상기 탭부재(30)는 상기 함몰부(21)가 형성된 영역으로부터 돌출되는 것을 특징으로 한다.

전극 집전체(20)는 양극, 분리막, 음극이 적층되게 형성된다.

파우치(10)는 전극 집전체(20)를 수용하기 위해 상부가 개구된 수용부를 형성하는 하부 파우치(11)와 하부 파우치(11)의 상부를 마감하는 상부 파우치(13)를 포함한다.

탭부재(30)는 전극 집전체(20)로부터 연장되어 리드부(40)에 전기적으로 연결되는데, 탭부재(30)가 파우치(10)에 접촉할 경우 부식(corrosion) 반응이 발생하여 2차 전지가 부풀어 오르는 스웰링(swelling)을 유발하게 된다.

따라서, 탭부재(30)는 저면에 절연 테이프와 같은 절연부재(50)가 부착되어 탭부재(30)와 하부 파우치(11)와의 접촉을 방지하게 한다.

함몰부(21)는 도 5를 기준으로 탭부재(30)의 상부가 하측으로 기울어지도록 하기 위해 형성되는 것인데, 상세하게 설명하면 전극 집전체(20)에서 함몰부(21)가 형성된 영역은 다른 영역에 비해 전극 집전체(20)의 길이가 짧아 함몰부(21)로부터 리드부(40)로 연결된 탭부재(30)는 함몰부(21)에 의해 전극 집전체(20) 방향으로 당겨져 상부가 하측으로 기울어지게 된다.

이와 같이 탭부재(30)가 하측으로 기울어지게 형성하는 이유는 2차 전지의 제조 공정에서 디가스(degas) 공정은 진공 환경에서 파우치(10) 내부가스를 제거하는데 이러한 과정에서 상부 파우치(13)가 내측으로 빨려들어가 탭부재(30)의 상면과 접촉하는 것을 방지하기 위함이다.

더불어 종래의 2차 전지의 경우 절단 과정에서 탭부재(30)에 버(burr; 30a)가 발생하고 탭부재(30)의 상면으로 돌출된 상기 버(30a)는 상부 파우치(13)와 접촉하기가 쉬워진다.

그러나, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 함몰부(21)에 의해 탭부재(30)의 상부가 하측으로 기울어지게 되면 리드부(40)와 탭부재(30) 간 연결되는 영역이 상부 파우치(13)로부터 이격되어 상부 파우치(13)가 내측으로 빨려들어가 함몰부(21)가 형성된 영역 상에서 만곡되는 형상이 발생해도 상부 파우치(13)가 탭부재(30)와 접촉하는 것을 방지할 수 있다.

다시 설명하면, 함몰부(21)에 의하여 탭부재(30)와 리드부(40) 사이 연결부위가 배치되는 공간을 종래의 경우보다 길게 확보할 수 있고, 그에 따라 탭부재(30)의 경사가 완만해짐으로써 버(30a)와 상부 파우치(13)와의 사이가 충분히 이격될 수 있다.

즉, 탭부재(30)의 상부가 함몰부(21)에 의해 하측으로 기울어도 탭부재(30)의 저면에는 절연부재(50)가 부착되어 탭부재(30)와 파우치(10)는 서로 접촉하지는 않는다.

도 6은 도 4에서 파우치의 내부가 보이도록 파우치를 투시하여 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전극 집전체(20)는 함몰부(21)를 사이에 두고 양측에 함몰부(21)보다 외측으로 돌출되는 연장부(23)를 포함한다.

연장부(23)는 함몰부(21)에 의해 전극 집전체(20)의 용량이 감소하는 것을 보상하면서 전극 집전체(20)의 용량 극대화를 도모할 수 있다.

따라서, 연장부(23)는 전극 집전체(20)의 외측 방향으로 연장되게 형성하여 전극 집전체(20)의 용량을 증가시킨다.

또한, 연장부(23)는 연장부(23)가 돌출되는 방향으로 파우치(10)와 전극 집전체(20)와의 사이에 이격되는 빈공간을 채움에 따라 2차 전지의 디가스 공정에서 파우치(10)가 내측으로 빨려들어가는 것을 최소화할 수 있다.

한편, 파우치(10)는 내부에 수용되는 전극 집전체(20)에 형성되는 상기 함몰부(21)에 대응하도록 상기 함몰부(21)가 형성되는 영역에 파우치 함몰부(13)가 형성되고, 상기 연장부(23)가 형성되는 영역에 상기 연장부(23)에 대응하도록 파우치 연장부(11)가 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 2차 전지는, 탭부재가 상부 파우치로부터 이격되게 하여 2차 전지의 스웰링(swelling)을 방지하는 효과가 있고, 본 발명에 따르면, 파우치 내부의 빈공간을 전극 집전체로 채워 전극의 용량을 증가시키는 효과가 있고, 함몰부에 의해 발생하는 전지 용량의 손실을 연장부에 의해 보상함으로써 종래의 2차 전지와 비교하더라도 전지용량을 유지할 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 2차 전지를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

10: 파우치
11: 파우치 연장부
13: 파우치 함몰부
20: 전극 집전체
21: 함몰부
23: 연장부
30: 탭부재
30a: 버
40: 리드부
50: 절연부재

Claims (5)

1. 전극 집전체(20);
   내부에 상기 전극 집전체(20)를 수용하는 파우치(10); 및
   상기 전극 집전체(20)로부터 연장되는 탭부재(30);
   상기 탭부재(30)와 전기적으로 연결되되 상기 파우치의 외부로 노출되는 리드부(40); 를 포함하고,
   상기 전극 집전체(20)의 둘레 중 일부는 내측으로 함몰되어 함몰부(21)를 형성하며,
   상기 탭부재(30)는 상기 함몰부(21)가 형성된 영역으로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 탭부재(30)의 저면에 부착되어 상기 탭부재(30)와 상기 파우치(10)간의 접촉을 차단하는 절연부재(50)를 더 포함하며,
   상기 탭부재(30)의 상부는 상기 함몰부(21)에 의해 하측으로 기울어지는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 함몰부(21)를 사이에 두고 양측에는 상기 함몰부(21)보다 외측으로 돌출되는 연장부(23)가 형성되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 연장부(23)에 의해 상기 연장부(23)가 돌출되는 방향으로 상기 파우치(10)와 상기 전극 집전체(20)와의 사이에 이격된 공간이 채워지는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 파우치(10)는 상기 전극 집전체(20)를 수용하기 위한 수용부를 형성하는 하부 파우치(11), 상기 하부 파우치(11)를 마감하며 상기 함몰부(21)가 형성된 영역 상에서 만곡되는 상부 파우치(13)를 포함하고,
   상기 리드부(40)와 상기 탭부재(30) 간 연결되는 영역은 상기 상부 파우치(13)로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.

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