KR20170021036A - 2차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극의 손상을 방지할 수 있는 2차 전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 양면에 활물질이 도포되며, 적어도 일면의 단부에는 활물질이 도포되지 않는 무지부가 형성되는 양극, 상기 무지부에 마련되는 양극탭 및 상기 양극탭을 커버하도록 상기 무지부에 부착되는 보호부재를 포함하며, 상기 보호부재에는 외부 충격을 흡수하는 완충부가 마련되는 것을 특징으로 한다.

Description

2차 전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은 2차 전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전극의 손상을 방지할 수 있는 2차 전지에 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 양 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.

대한민국공개특허공보 제10-2007-0097152호에는 종래의 젤리롤형 전극 조립체 및 이를 가지는 이차 전지가 개시되어 있다.

이와 같은 종래의 2차 전지는 양극 탭에 수직인 방향으로 임팩트(impact) 테스트를 진행하였을 때 가장 강도가 강한 충격에서 탭에 의한 분리막이 손상되어 쇼트(short)에 의해 발화가 발생할 수 있다.

이러한 분리막의 손상을 방지하기 위해 분리막의 강도 증가 및 캔을 강화하는 것은 원가 증가로 인해 임팩트 개선에 한계가 있다는 문제점이 있다.

또한, 기존의 양극 보호 테이프의 두께만을 증가시켜 전극을 보호하는 방식으로는 보호 테이프의 두께 증가가 전극의 두께 증가에 영향을 미치기 때문에 탭에 의한 손상을 방지하는데 한계가 있다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 양극에 부착되는 보호부재의 두께를 극소화하면서 충격 완화 기능을 극대화할 수 있도록 개선되는 2차 전지를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 2차 전지는 양면에 활물질이 도포되며, 적어도 일면의 단부에는 활물질이 도포되지 않는 무지부가 형성되는 양극, 상기 무지부에 마련되는 양극탭 및 상기 양극탭을 커버하도록 상기 무지부에 부착되는 보호부재를 포함하며, 상기 보호부재에는 외부 충격을 흡수하는 완충부가 마련되는 것을 특징으로 한다.

상기 완충부는 상기 보호부재에 형성되는 공기층일 수 있다.

상기 완충부는 상기 보호부재에 복수 개가 마련될 수 있다.

상기 복수 개의 완충부는 각각이 다각형, 원형, 타원형 중 어느 하나 이상의 형상을 가지며 서로 연결될 수 있다.

상기 완충부는 육각형 형상을 가질 수 있다.

상기 완충부는 상기 보호부재로부터 돌출될 수 있다.

본 발명에 따르면, 보호부재가 완충부를 형성하여 충격 완화 기능을 증대하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 보호부재의 두께 변화는 극소화하면서 충격 완화 기능은 극대화 하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 전극 조립체의 분리막의 강도 증가 및 2차 전지의 캔을 강화하지 않으면서도 전극 조립체가 받는 충격을 완화하여 원가를 증가를 극소화하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전극 조립체의 일부를 전개하여 양극의 무지부에 보호부재가 부착된 상태를 도시한 사용 상태도이다.
도 4는 도 3에서 보호부재만을 확대하여 평면에서 도시한 확대도이다.
도 5는 도 4를 절개하여 "A" 방향으로 도시한 단면도이다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전극 조립체의 일부를 전개하여 양극의 무지부에 보호부재가 부착된 상태를 도시한 사용 상태도이고, 도 4는 도 3에서 보호부재만을 확대하여 평면에서 도시한 확대도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지는 양면에 활물질이 도포되며, 적어도 일면의 단부에는 활물질이 도포되지 않는 무지부(11)가 형성되는 양극(10), 상기 무지부(11)에 마련되는 양극탭(20) 및 상기 양극탭(20)을 커버하도록 상기 무지부(11)에 부착되는 보호부재(30)를 포함하며, 상기 보호부재(30)에는 외부 충격을 흡수하는 완충부(31)가 마련된다.

본 발명에 따른 2차 전지(1)는 도 1 내지 도 2에서는 원통형 2차 전지로 도시 하였나, 도면에 도시되지 않은 파우치형 리튬 이차전지 등 다른 종류의 2차 전지일 수 있다.

전극 조립체(100)는 양극 활물질이 양면에 코팅된 양극(10), 음극 활물질이 양면에 코팅된 음극, 양극(10) 및 음극 사이에 위치하여 양극(10)과 음극의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터로 이루어진다.

또한, 원통형 2차 전지일 경우 전극 조립체(100)가 대략 원형으로 권취되어 원통형 캔(200)에 수납된다.

원통형 캔(200)은 일반적으로 알루미늄(Al), 철(Fe) 또는 이들의 합금 소재로 형성되나, 본 발명에서는 원통형 캔(200)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 양극(10)은 알루미늄(Al) 재질, 음극은 구리(Cu) 재질을 사용하며, 세퍼레이터는 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, 양극(10)에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 이루어지며, 양극(10)의 양면 중 적어도 일측면의 단부에는 활물질이 도포되지 않는 무지부(11)가 형성된다.

그리고 무지부(11)에는 양극탭(20)이 부착되어 양극(10)이 전극 조립체(100)의 외부와 전기적으로 연결되도록 한다.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 보호부재(30)는 양극(10)의 양면 중 적어도 일측면의 단부에 형성된 무지부(11)에 부착되어 무지부(11)에 가해지는 충격으로부터 양극(10)을 보호하기 위한 것이다.

이러한 보호부재(30)는 무지부(11)에 부착되는 필름면에 접착제가 도포된 테이프(tape) 등 일 수 있다.

이러한 보호부재(30)는 무지부(11)와 함께 양극탭(20)을 커버하도록 무지부(11)로부터 양극탭(20)으로 이어지게 부착된다.

즉, 보호부재(30)는 임팩트(impact) 테스트 등과 같은 충격 발생 시 양극(10)의 무지부(11) 및 양극탭(20)를 충격으로부터 보호한다.

그리고 이와 함께 양극탭(20)이 충격에 의해 변형되는 것을 방지하고 양극탭(20)이 변형되더라도 변형된 양극탭(20)이 세퍼레이터를 손상시키지 못하도록 고정한다.

따라서 양극탭(20)이 세퍼레이터를 손상시키는 것을 방지함에 따라 세퍼레이터가 손상되어 쇼트(short)에 의한 발화 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 5는 도 4를 절개하여 "A" 방향으로 도시한 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 보호부재(30)의 충격 완화 효과를 증대하기 위해 보호부재(30)에 완충부(31)가 형성된다.

완충부(31)는 보호부재(30)에 복수 개로 마련되어 내부에 공기가 채워지는 공기층(33)일 수 있다.

하지만, 이에 한정되지 않으며 완충부(31)는 공기 이외의 질소(N₂), 이산화탄소(CO2) 등의 단일 기체층으로 마련될 수도 있으며, 또는 완충부(31)의 내부에 연성 소재의 고무, 플라스틱 등이 채워져 충격을 흡수하게 할 수도 있다.

그리고 완충부(31)는 보호부재(30)에 복수 개로 마련될 수 있으며, 복수의 완충부(31)는 각각이 동일한 다각형, 원형, 타원형 등 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.

그리고 복수의 완충부(31)는 동일한 넓이의 보호부재(30)에 최대한 많은 숫자로 배치되어야 충격 완화 기능을 극대화할 수 있기 때문에 복수의 완충부(31)가 상호 연결되게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 완충부(31)의 내부 공간을 확보하여 충격 완화 기능을 극대화하기 위해서 보호부재(30)의 외측 방향으로 돌출되도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 완충부(31)는 보호부재(30)의 면적이 상대적으로 작을 경우에 보호부재(30)에 단수 개로 마련될 수도 있다.

또한, 복수의 완충부(31)는 경우에 따라 보호부재(30)에 각각이 상이한 다각형, 원형, 타원형 중 어느 하나 이상의 형상을 가지며 서로 연결된다.

본 실시예에서 완충부(31)는 구조적으로 안정적인 육각형 형상으로 형성되며, 일부 모서리가 서로 연결되는 구조를 갖는 경우에 외부 충격을 균일하게 흡수함으로써 흡수 가능한 최대 충격량을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

그러나 이에 제한되는 것은 아니고, 충격 흡수 효율을 고려하여 보다 안정적인 구조를 가질 수 있다면, 완충부의 형상은 원형, 타원형 또는 다격형 형상이 될 수도 있고, 서로 연결되지 않을 수도 있다.

상술한 다양한 실시예와 같이 완충부(31)의 형상은 일정 형상에 한정되지 않고, 보호부재(30)에 형성되어 보호부재(30)의 두께 변화를 극소화하면서 충격 완화 기능을 증대할 수 있다면 그 형상은 자유롭게 변형될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 2차 전지는, 보호부재가 완충부를 형성하여 충격 완화 기능을 증대하는 효과가 있고, 보호부재의 두께 변화는 극소화하면서 충격 완화 기능은 극대화 하는 효과가 있고, 전극 조립체의 분리막의 강도 증가 및 2차 전지의 캔을 강화하지 않으면서도 전극 조립체가 받는 충격을 완화하여 원가를 증가를 극소화하는 효과가 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.

1: 2차 전지
10: 양극
11: 무지부
20: 양극탭
30: 보호부재
31: 완충부
33: 공기층
40: 보호부재
100: 전극 조립체
200: 원통형 캔

Claims (6)

1. 양면에 활물질이 도포되며, 적어도 일면의 단부에는 활물질이 도포되지 않는 무지부(11)가 형성되는 양극(10);
   상기 무지부(11)에 마련되는 양극탭(20); 및
   상기 양극탭(20)을 커버하도록 상기 무지부(11)에 부착되는 보호부재(30)를 포함하며,
   상기 보호부재(30)에는 외부 충격을 흡수하는 완충부(31)가 마련되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 완충부(31)는 상기 보호부재(30)에 형성되는 공기층인 것을 특징으로 하는 2차 전지.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 완충부(31)는 상기 보호부재(30)에 복수 개가 마련되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 복수 개의 완충부(31)는 각각이 다각형, 원형, 타원형 중 어느 하나 이상의 형상을 가지며 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 완충부는 육각형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 완충부(31)는 상기 보호부재(40)로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.

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