KR20170047754A

KR20170047754A - 이차 전지

Info

Publication number: KR20170047754A
Application number: KR1020150148212A
Authority: KR
Inventors: 이지운; 고은영; 이진헌; 박상인; 김성용; 신진선; 이종기
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2017-05-08
Also published as: US20170117528A1

Abstract

이차 전지가 개시된다. 이차 전지는, 세퍼레이터와, 세퍼레이터의 일측에 배치되는 제1 전극과, 세퍼레이터를 사이에 두고 복수개가 서로간에 이격된 상태로 배치되는 제2 전극을 포함하는 전극 조립체와, 전극 조립체를 내장하는 케이스와, 제1 전극에 연결되는 제1 집전 탭과 제2 전극에 연결되는 제2 집전 탭을 포함하는 리드 탭과, 제1 집전 탭에 연결되는 제1 전극 리드와 제2 집전 탭에 연결되는 제2 전극 리드를 포함한다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}

본 발명은 내구성이 향상된 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

대표적인 이차 전지에는 니켈 카드뮴(Ni Cd)전지와 니켈 수소(Ni MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li ion) 이차 전지 등이 있다. 특히, 리튬 이온 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈 카드뮴 전지나, 니켈 수소 전지보다 작동 전압이 약 3배나 높다. 또한, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 널리 사용되고 있다.

이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다.

이러한 이차 전지는 전극 조립체가 롤(roll) 형상으로 권취되어 케이스의 내부에 수납되는 바, 전극 조립체를 권취하는 과정에서 측면의 곡률 부분에서 응력이 집중될 수 있다. 따라서, 전극 조립체의 측면의 곡률 부분의 응력 발생에 의해 크랙 등이 발생되어 내구성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명의 일 실시예는, 전극 조립체의 권취 과정에서 손상이 발생되지 않는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예는, 세퍼레이터와, 세퍼레이터의 일측에 배치되는 제1 전극과, 세퍼레이터를 사이에 두고 복수개가 서로간에 이격된 상태로 배치되는 제2 전극을 포함하는 전극 조립체와, 전극 조립체를 내장하는 케이스와, 제1 전극에 연결되는 제1 집전 탭과 제2 전극에 연결되는 제2 집전 탭을 포함하는 리드 탭과, 제1 집전 탭에 연결되는 제1 전극 리드와 제2 집전 탭에 연결되는 제2 전극 리드를 포함한다.

제1 집전 탭은 제1 전극의 무지부에 연결되어 제1 전극 리드에 연결되도록 돌출될 수 있다.

제2 집전 탭은, 복수개의 제2 전극에 일단이 각각 연결된 상태로 돌출되고 돌출된 단부는 제2 전극 리드에 함께 연결될 수 있다.

제2 전극은 세퍼레이트의 측면에서 이격거리를 달리하면서 복수개로 배치될 수 있다.

전극 조립체는 무지부가 형성된 만곡부에서 만곡되어 젤리롤 형태로 권취되며, 제2 전극은, 만곡부를 사이에 두고 배치된 2개가 최대 이격 거리로 배치될 수 있다.

제2 전극은, 세퍼레이트의 측면에서 권취가 시작되는 내측에서 권취가 완료되는 외측 방향으로 이격 거리가 증가되게 복수개로 배치될 수 있다.

제2 전극은, 세퍼레이터의 측면에 서로간에 이격된 상태로 복수개로 배치되며 인접한 2개는 서로 간에 반전된 상태로 배치될 수 있다.

제2 집전 탭은, 권취된 상태에서 서로간에 용접 결합되어 제2 전극 리드에 연결될 수 있다.

리드탭에는 돌기부가 형성되고, 제1 전극 리드 또는 제2 전극 리드에는 돌기부가 압입되는 압입홀이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극이 세퍼레이터의 길이 방향을 따라 서로간에 이격된 상태로 복수개로 배치되어 연결될 수 있다. 따라서, 전극 조립체의 권취 과정에서 측면의 곡률 부분에 양극이 위치되지 않도록 하는 것이 가능하여, 응력 집중에 의한 크랙 등의 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지의 케이스의 내부에 수납되는 전극 조립체의 일부분이 펼쳐진 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 전극 조립체의 권취된 상태를 개략적으로 도시한 요부 측면도이다.
도 4는 전극 조립체의 제1 전극과 세퍼레이터와 제2 전극이 배치된 상태를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 5는 제1 전극에 제1 집전 탭이 연결된 상태를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 6은 제2 전극에 제2 집전 탭이 연결되어 복수개로 배치된 상태를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 리드탭이 제1 전극 리드 또는 제2 전극 리드에 연결된 상태를 개략적으로 도시한 요부 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 리드탭이 제1 전극 리드 또는 제2 전극 리드에 연결된 상태를 개략적으로 도시한 요부 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차 전지의 케이스의 내부에 수납되는 전극 조립체의 일부분이 펼쳐진 상태를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 3은 전극 조립체의 권취된 상태를 개략적으로 도시한 요부 측면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 세퍼레이터(11)의 일측에 배치되는 제1 전극(13)과, 세퍼레이터(11)를 사이에 두고 복수개가 서로간에 이격된 상태로 배치되는 제2 전극(15)을 포함하는 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10)를 내장하는 케이스(40)와, 제1 전극(13)에 연결되는 제1 집전 탭(21)과 제2 전극(15)에 연결되는 제2 집전 탭(23)을 포함하는 리드 탭(21, 23)과, 제1 집전 탭(21)에 연결되는 제1 전극 리드(31)와 제2 집전 탭(23)에 연결되는 제2 전극 리드(33)를 포함한다.

예를 들면, 전극 조립체(10)는 절연체인 세퍼레이터(11)의 양면에 제1 전극(이하, "음극"이라 한다)(13)과 제2 전극(이하, "양극"이라 한다)(15)을 배치하고, 음극(13), 세퍼레이터(11) 및 양극(15)을 젤리롤 상태로 귄취하여 형성된다.

도 4는 전극 조립체의 제1 전극과 세퍼레이터와 제2 전극이 배치된 상태를 개략적으로 도시한 측단면도이고, 도 5는 제1 전극에 제1 집전 탭이 연결된 상태를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 6은 제2 전극에 제2 집전 탭이 연결되어 복수개로 배치된 상태를 개략적으로 도시한 평면도이다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 음극(13)은, 금속판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(13a), 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부(13b)를 포함한다. 음극(13)의 무지부(13b)는 권취되는 음극(13)의 한 쪽 단부에 형성된다.

음극(13)은 세퍼레이터(11)의 일측면에 배치되는 것으로서, 무지부(13b)에는 제1 집전 탭(이하, "양극 집전 탭"이라 한다)(21)이 연결된다. 이러한 제1 집전 탭(21)은 음극(13)에 하나로 연결되는 것으로 음극(13)을 제1 전극 리드(31)에 연결하도록 설치된다.

양극(15)은 세퍼레이터(11)를 사이에 두고 음극(13)에 대향하는 위치에서, 세퍼레이터(11)의 타측면에 배치될 수 있다.

양극(15)은 세퍼레이터(11)의 측면에 복수개로 이격된 상태로 배치될 수 있다. 이러한 양극(15)은 프레스 등에 의해 타발 작업 공정에 의해 형성되어, 세퍼레이터(11)의 측면에 복수개로 배치될 수 있다.

이러한 양극(15)은 타발 작업 공정에 의해 직사각 형상으로 이루면서 세퍼레이터(11)의 측면에 배치될 수 있다. 양극(15)은 본 실시예에서 직사각 형상으로 형성되는 것을 예시적으로 설명하지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 일부분에 라운드 형사을 포함하는 등의 다양한 형상으로 형성되는 것도 가능하다.

양극(15)은 서로 간에 이격된 상태로 세퍼레이터(11)의 측면에 복수개로 배치되며, 배치된 각각의 가장자리에는 제2 집전 탭(23)이 돌출되게 연결될 수 있다.

이와 같이, 양극(15)이 세퍼레이터(11)의 측면에 복수개로 배치되는 것은, 전극 조립체(10)가 롤(roll) 형상으로 권취되는 과정에서 구부러지는 곡률 부분에서 크랙 등의 손상이 발생되는 것을 방지하기 위한 것이다. 이에 대하여 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.

양극(15)은 세퍼레이터(11)의 측면에서 권취가 시작되는 내측에서 권취가 완료되는 외측 방향으로 이격 거리를 달리하도록 복수개로 배치될 수 있다.

이와 같이, 양극(15)들이 세퍼레이터(11)의 길이 방향을 따라 이격 거리를 달리하면서 배치되는 것은, 전극 조립체(10)의 롤 형상의 권취된 상태에서 양극(15)이 전극 조립체(10)의 일측에 일정하게 위치되도록 하기 위한 것이다.

양극(15)은 세퍼레이터(11)에 폭에 대응하는 높이와 폭을 갖는 직사각형 형상으로 프레스 등에 의해 타발되어 형성될 수 있다. 따라서, 양극(15)은 전극 조립체(10)의 소정의 위치에 나란하게 배치되는 것이 가능하여, 제2 전극 탭(이하, "양극 집전탭"이라 한다)(23)의 연결이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.

또한, 양극(15)은 세퍼레이터(11)의 측면에 복수개로 배치되는 바, 전극 조립체(10)가 권취된 상태에서 곡률 부분에는 배치되지 않도록 할 수 있다. 이를 위해, 양극(15)은 전극 조립체(10)의 곡률 부분에 대응하는 부분을 사이에 두고 양측으로 최대 이격 거리를 유지하도록 배치될 수 있다.

전술한 바와 같이, 양극(15)은 전극 조립체(10)의 권취 과정에서 전극 조립체(10)의 라운드 형상의 곡률 부분에 배치되지 않는 것이 가능하여, 전극 조립체(10)가 롤 형상으로 권취되는 과정에서 응력의 집중에 의해 양극(15)에 크랙 등의 손상이 발생되지 않아 내구성의 향상이 가능하다.

한편, 복수개의 양극(15)들의 각각에는 양극 집전탭(23)이 각각 연결된다.

이러한 양극 집전탭(23)은, 양극(15)들에 위치를 달리하면서 돌출되게 연결될 수 있다. 이는, 양극(15)이 전극 조립체(10)에 권취되는 과정에서 전극 조립체(10)의 중심을 기준으로 대향하게 위치되는 바, 양극 집전탭(23)이 일정한 위치에 위치하도록 하기 위한 것이다.

양극 집전탭(23)은 전극 조립체(10)에 돌출된 상태로 서로간에 연결될 수 있다. 이러한 양극 집전탭(23)은 양극(15)들에 위치를 달리하여 돌출되게 연결되는 바, 전극 조립체(10)의 권취된 상태에서 일정한 위치로 돌출될 수 있다.

양극 집전탭(23)은 서로간에 용이하게 용접 등에 의해 연결되어, 제2 전극 리드(33)에 연결될 수 있다.

한편, 제1 전극 리드(31)와 제2 전극 리드(33)는 동일 형상을 이루며, 제1 집전 탭(21)과 제2 집전 탭(23)에 각각 연결될 수 있다.

제1 전극 리드(31)와 제2 전극 리드(33)는, 제1 집전 탭(21)과 제2 집전 탭(23)에 각각 연결되는 제1 연결 리드(31a, 33a)와, 제1 연결 리드(31a, 33a)에 돌출하는 제2 연결 리드(31b, 33b)를 포함할 수 있다.

제1 연결 리드(31a, 33a)는, 제1 전극 리드(31) 또는 제2 전극 리드(33)에 직접 연결되는 부분으로, 전극 조립체(10)의 폭 방향으로 긴 길이를 갖도록 형성될 수 있다.

제2 연결 리드(31b, 33b)는, 제1 연결 리드(31a, 33a)의 길이 방향의 중앙 부분에 연결되는 것으로서, 제1 연결 리드(31a, 33a)에 일측이 연결되고 타측은 제1 연결 리드(31a, 33a)의 외측으로 돌출 형성될 수 있다.

케이스(40)는 내부에 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 공간을 설정하도록 형성되는 것으로, 전극 조립체(10)를 보호하도록 형성된다. 케이스(40)는 파우치형 또는 각형일 수 있다. 본 실시예에서 케이스(40)는 파우치형으로 적용되는 것을 예시적으로 설명한다.

케이스(40)는, 본체(41)와, 본체(41)의 내부에 형성되는 수용부(43)와, 수용부(43)를 덮는 커버(45)를 포함할 수 있다.

본체(41)는 바닥면(41a) 및 바닥면(41a)로부터 연장된 측면(41b)을 포함할 수 있다.

수용부(43)는 본체(41)의 바닥면(41a)과 측면(41b)에 의해 형성된 공간을 말한다. 이러한 수용부(43)는 전극 조립체(10)를 수용한다.

본체(41)는 수용부(43)의 입구, 즉, 측면(41b)으로부터 연장되어 밀봉부(41c)를 형성할 수 있다.

커버(45)는 본체(41)의 밀봉부(41c)의 어느 가장자리로부터 연장될 수 있다.

커버(45)는 수용부(43)를 모두 덮으면서 본체(41)의 밀봉부(41c)와 밀봉되어 이차전지를 밀봉할 수 있다.

보호회로 모듈(50)은 전극 조립체(10)의 충방전을 제어할 뿐만 아니라 이차전지(100)의 동작을 제어할 수 있다. 이러한 보호회로 모듈(50)은 IC 소자 등과 같은 제어 소자(51)들이 설치되어, 이차전지(100)에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.

또한, 보호회로 모듈(50)은 이차전지(100)를 외부 기기와 연결하는 외부 단자(134)들이 형성될 수 있다.

한편, 제어 소자(51) 및 외부 단자(53)들은 보호회로 모듈(50)의 동일한 면에 형성되는 것을 예시적으로 설명하지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고, 제어 소자(51) 및 외부 단자(53)들이 보호회로 모듈(50)의 각각 다른 면에 형성되는 것도 가능하다.

이러한 보호회로 모듈(50)은 제1 전극 리드(31) 및 제2 전극 리드(33)와 전기적으로 연결될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 이차 전지(100)는 양극(15)이 세퍼레이터(11)의 길이 방향을 따라 서로간에 이격된 상태로 복수개로 배치되어 연결될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(10)의 권취 과정에서 측면의 곡률 부분에 양극(15)이 위치되지 않도록 하는 것이 가능하여, 응력 집중에 의한 크랙 등의 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 리드탭이 제1 전극 리드 또는 제2 전극 리드에 연결된 상태를 개략적으로 도시한 요부 분해 사시도이고, 도 8은 도 7의 리드탭이 제1 전극 리드 또는 제2 전극 리드에 연결된 상태를 개략적으로 도시한 요부 단면도이다. 도 1 내지 도 6과 동일 참조 번호는 동일 또는 유사 기능의 동일 또는 유사 부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체(10)의 리드탭(21, 23)에는 돌기부(121a)가 형성되고, 제1 전극 리드(31) 또는 제2 전극 리드(33)에는 돌기부(121a)가 압입되는 압입홀(131a)이 형성된다.

따라서, 제1 전극 리드(31) 또는 제2 전극 리드(33)는 압입홀(131a)에 돌기부(121a)가 삽입된 상태에서 용접 등에 의해 리드탭(21, 23)에 연결될 수 있다.

이에 따라, 리드탭(21, 23)은 제1 전극 리드(31) 또는 제2 전극 리드(33)에 보다 견고하게 연결되는 것이 가능하다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10...전극 조립체 11...세퍼레이터
13...음극 15...양극
21...음극 집전탭 23...양극 집전탭
31...제1 전극 리드 33...제2 전극 리드
40...케이스 41...본체
43...수용부 45...커버
50...보호회로 모듈 51...제어 소자
53...외부 단자

Claims

세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터의 일측에 배치되는 제1 전극과, 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 복수개가 서로간에 이격된 상태로 배치되는 제2 전극을 포함하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 내장하는 케이스;
상기 제1 전극에 연결되는 제1 집전 탭과 상기 제2 전극에 연결되는 제2 집전 탭을 포함하는 리드 탭; 및
상기 제1 집전 탭에 연결되는 제1 전극 리드와 상기 제2 집전 탭에 연결되는 제2 전극 리드;
를 포함하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 제1 집전 탭은 상기 제1 전극의 무지부에 연결되어 상기 제1 전극 리드에 연결되도록 돌출되는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 제2 집전 탭은, 복수개의 상기 제2 전극에 일단이 각각 연결된 상태로 돌출되고 돌출된 단부는 상기 제2 전극 리드에 함께 연결되는 이차 전지.
제3항에 있어서,
상기 제2 전극은 상기 세퍼레이트의 측면에서 이격거리를 달리하면서 복수개로 배치되는 이차 전지.
제4항에 있어서,
상기 전극 조립체는 무지부가 형성된 만곡부에서 만곡되어 젤리롤 형태로 권취되며,
상기 제2 전극은, 상기 만곡부를 사이에 두고 배치된 2개가 최대 이격 거리로 배치되는 이차 전지.
제5항에 있어서,
상기 제2 전극은,
상기 세퍼레이트의 측면에서 권취가 시작되는 내측에서 권취가 완료되는 외측 방향으로 이격 거리가 증가되게 복수개로 배치되는 이차 전지.
제6항에 있어서,
상기 제2 전극은, 상기 세퍼레이터의 측면에 서로간에 이격된 상태로 복수개로 배치되며 인접한 2개는 서로 간에 반전된 상태로 배치되는 이차 전지.
제6항에 있어서,
상기 제2 집전 탭은, 권취된 상태에서 서로간에 용접 결합되어 상기 제2 전극 리드에 연결되는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 리드탭에는 돌기부가 형성되고, 상기 제1 전극 리드 또는 상기 제2 전극 리드에는 상기 돌기부가 압입되는 압입홀이 형성되는 이차 전지.