KR20170019145A - 2차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음극 탭이 휘어지는 현상을 방지할 수 있는 2차전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 음극, 분리막, 양극이 적층되는 전극조립체, 상기 전극조립체의 음극으로부터 연장되는 음극 탭, 상기 전극조립체가 내장되는 캔부재를 포함하며, 상기 캔부재의 내면에는 상기 음극 탭이 끼움 고정되게 하는 고정홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

2차전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은 2차전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 음극 탭이 휘어지는 현상을 방지할 수 있는 2차전지에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

한편, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양극 도전 포일과 음극 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.

대한민국등록특허공보 제10-0719725호에는 종래의 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지가 개시되어 있다.

이러한 종래의 원형 전지는 직경이 1.8mm이고 높이가 65mm로 고정되어 있으며, 고정된 사이즈의 캔 안에 양극, 음극, 분리막으로 구성된 원형의 젤리 롤이 삽입된다.

이때, 전지 생산 공정에서 젤리 롤을 자유 낙하하여 캔에 삽입하는데, 이러한 삽입 과정에서 음극 탭이 휘어지는 현상이 발생하여 이차 전지의 전원 출력의 안정성이 낮아지는 리플(ripple) 불량이 생성되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전지 생산 공정에서 음극 탭의 훼손에 의한 불량을 감소시킬 수 있는 2차전지를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 2차전지는 음극, 분리막, 양극이 적층되는 전극조립체, 상기 전극조립체의 음극으로부터 연장되는 음극 탭, 상기 전극조립체가 내장되는 캔부재를 포함하며, 상기 캔부재의 내면에는 상기 음극 탭이 끼움 고정되게 하는 고정홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 고정홈은 상기 캔부재의 내면 중 복수 개의 면에 형성될 수 있다.

상기 고정홈은 상기 캔부재의 내면에서 복수 개의 면에 연속되게 형성될 수 있다.

상기 음극 탭은 상기 고정홈에 끼워진 상태로 용접될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전극조립체를 자유낙하하여 캔부재의 내부에 삽입 설치할 시 음극 탭이 고정홈에 삽입되게 하여 음극 탭이 휘어지는 것을 방지함으로써 리플 불량을 감소시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 캔부재 내면에 고정홈을 형성하여 음극 탭을 고정시킴으로써 바이브레이션 테스트 진행시 불량률을 감소시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 고정홈에 음극 탭을 삽입하여 용접하기 때문에 리플 불량을 감소시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 캔부재를 종단면으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 평면에서 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1에 전극조립체가 설치된 것을 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차전지의 캔부재를 종단면으로 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4에 전극조립체가 설치된 것을 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차전지의 캔부재를 종단면으로 도시한 단면도이다
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차전지를 평면에서 도시한 평면도이다.
도 8은 도 6에 전극조립체가 설치된 것을 도시한 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 본 명세서에 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 캔부재를 종단면으로 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 평면에서 도시한 평면도이고, 도 3은 도 1에 전극조립체가 설치된 것을 도시한 구성도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차전지는 음극, 분리막, 양극이 적층되는 전극조립체(10), 상기 전극조립체(10)의 음극으로부터 연장되는 음극 탭(11), 상기 전극조립체(10)가 내장되는 캔부재(20)를 포함하며, 상기 캔부재(20)의 내면에는 상기 음극 탭(11)이 끼움 고정되게 하는 고정홈(21)이 형성된다.

전극 조립체(10)는 양극 활물질이 양면에 코팅된 양극, 음극 활물질이 양면에 코팅된 음극, 양극 및 음극 사이에 위치하여 양극과 음극의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 분리막으로 이루어진다.

또한, 원통형 2차 전지의 경우 전극 조립체(10)가 대략 원형으로 권취되어 원통형 캔부재(20)에 수납된다.

캔부재(20)은 일반적으로 알루미늄(Al), 철(Fe) 또는 이들의 합금 소재로 형성되나, 본 발명에서는 캔부재(20)의 소재를 상술한 소재로 한정하는 것은 아니다.

양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다.

음극 활물질은 탄소(C) 계열 물질, 규소(Si), 주석(Sn), 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(compositetin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있다.

또한, 일반적으로 양극은 알루미늄(Al) 재질, 음극은 구리(Cu) 재질을 사용하며, 분리막은 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있지만, 본 발명에서 위의 소재를 한정하는 것은 아니다.

또한, 음극은 일반적으로 구리(Cu) 재질로 이루어지며, 음극의 양면 중 적어도 일측면의 단부에는 활물질이 도포되지 않는 무지부가 형성된다.

그리고 무지부에는 음극 탭(11)이 부착되어 음극이 전극 조립체(10)의 외부와 전기적으로 연결되도록 한다.

고정홈(21)은 캔부재(20)의 내면 표면에 레이저 등을 이용하여 오목하게 상감하는 가공을 하여 음극 탭(11)이 오목하게 상감 된 고정홈(21)에 삽입된 상태로 고정되도록 하기 위한 것이다.

즉, 전극조립체(10)를 캔부재(20)의 내부에 삽입할 시 전극조립체(10)를 캔부재(20)의 내부에 자유 낙하하여 삽입하게 되는데 이때 전극조립체(10)의 음극 탭(11)이 고정홈(21)에 삽입되게 하여 음극 탭(11)이 휘어지는 현상을 방지한다.

여기서 음극 탭(11)을 고정홈(21)에 삽입할 시에는 엑스레이(X-ray) 비전 검사를 통해 정렬하여 끼워 맞출 수 있다.

더불어 음극 탭(11)이 고정홈(21)에 삽입된 상태로 음극 탭(11)을 캔부재(20)에 용접 결합한다.

따라서 자유 낙하 과정과 용접 과정에서의 휘어짐에 따른 음극 탭(11)의 리플(ripple) 불량을 최소화할 수 있다.

또한, 음극 탭(11)이 고정홈(21)에 삽입되어 고정되기 때문에 2차전지의 바이브레이션 테스트(vibration test) 진행 시의 불량률을 감소시킬 수도 있다.

도 1 내지 도 3에는 전극조립체(10)에 형성된 음극 탭(11)의 위치 및 형상에 따라 캔부재(20)의 내면 중 하나의 면에 고정홈(21)이 형성된 일 실시예가 도시되어 있지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 전극조립체(10)에 형성된 음극 탭(11)의 위치 및 형상에 대응되도록 캔부재(20)의 내면에는 복수 개의 면에 고정홈(21)이 형성될 수 있다.

이하, 도 4 내지 도 8과 함께 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차전지의 캔부재를 종단면으로 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4에 전극조립체가 설치된 것을 도시한 구성도이다.

도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차전지의 전극조립체(10)는 일측과 타측에 각각 음극 탭(11)이 형성되는 멀티 탭 타입의 전극조립체(10)이다.

그리고 캔부재(20)는 전극조립체(10)의 복수 개의 음극 탭(11)에 대응되도록 캔부재(20)의 내면 중 복수 개의 면에 각각 고정홈(21)의 오목하게 형성되어 복수 개의 음극 탭(11)이 각각 삽입되어 고정된다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차전지의 캔부재를 종단면으로 도시한 단면도이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차전지를 평면에서 도시한 평면도이고, 도 8은 도 6에 전극조립체가 설치된 것을 도시한 구성도이다.

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차전지의 전극조립체(10)는 전극조립체(10)의 일측으로부터 타측으로 음극 탭(11)이 연장되게 형성된다.

그리고 전극조립체(10)의 음극 탭(11)에 대응되도록 고정홈(21)은 캔부재(20)의 내면 중 복수 개의 면에 연속되게 형성되며, 전극조립체(10)의 일측으로부터 타측으로 연장되게 형성된 음극 탭(11)은 복수의 면에 연속적으로 형성된 고정홈(21) 내에 삽입되어 고정된다.

이와 같이, 본 발명은 전극조립체(10)가 캔부재(20)의 내부에 내장될 시 전극조립체(10)로부터 돌출된 음극 탭(11)이 고정홈(21)에 삽입되어 고정됨에 따라 전극조립체(10)가 캔부재(20)의 내부로 자유 낙하할 시나 2차전지의 바이브레이션 테스트 시에 음극 탭(11)이 휘어지는 것을 방지하여 음극 탭(11)의 훼손에 의한 2차전지의 리플 불량을 제거하기 위한 것이다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 2차전지는 전극조립체를 자유낙하하여 캔부재의 내부에 삽입 설치할 시 음극 탭이 고정홈에 삽입되도록 하여 음극 탭이 휘어지는 것을 방지함으로써 리플 불량을 감소시키는 효과가 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 2차전지는 캔부재 내면에 고정홈을 형성하여 음극 탭을 고정시킴으로써 바이브레이션 테스트 진행시 불량률을 감소시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 고정홈에 음극 탭을 삽입하여 용접하기 때문에 리플 불량을 감소시키는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 2차전지를 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: 전극조립체
11: 음극 탭
20: 캔부재
21: 고정홈

Claims (4)

1. 음극, 분리막, 양극이 적층되는 전극조립체(10);
   상기 전극조립체(10)의 음극으로부터 연장되는 음극 탭(11);
   상기 전극조립체(10)가 내장되는 캔부재(20); 를 포함하며,
   상기 캔부재(20)의 내면에는 상기 음극 탭(11)이 끼움 고정되게 하는 고정홈(21)이 형성되는 것을 특징으로 하는 2차전지.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정홈(21)은 상기 캔부재(20)의 내면 중 복수 개의 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 2차전지.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 고정홈(21)은 상기 캔부재(20)의 내면에서 복수 개의 면에 연속되게 형성되는 것을 특징으로 하는 2차전지.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 음극 탭(11)은 상기 고정홈(21)에 끼워진 상태로 용접되는 것을 특징으로 하는 2차전지.

Images