KR20170082819A - 2차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지 내부의 부식을 방지할 수 있는 2차전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극탭이 형성되는 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하며 내부 압력 증가 시 가스 배출을 위한 벤트부가 형성되는 캔부재 및 상기 전극탭과 상기 벤트부의 접촉을 방지하는 보호부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

2차전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명은 2차전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전지 내부의 부식을 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.
대한민국등록 공개특허공보 제10-1997-0054691호에는 종래의 리튬전지의 케이스가 개시되어 있다.
종래 리튬전지의 케이스는 내부 압력 증가 시 가스를 배출시키기 위해 캔의 저면에 벤트가 형성된다.
그런데 벤트 형성을 위해 도입되는 펀치(punch)에 의해 선 도금된 캔의 니켈(Ni)층의 손실이 발생될 수 있다.
그리고 음극 탭 용접 시 탭이 일부 휘어질 수 있으며, 용접 시 인가되는 저항 전류에 의해 벤트와 접촉될 경우 추가 니켈 층의 손실에 의해 캔 내부에서 부식이 가속화되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극조립체의 탭부재와 캔부재의 벤트부와의 접촉을 방지할 수 있는 2차전지를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 2차전지는 전극탭이 형성되는 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하며 내부 압력 증가 시 가스 배출을 위한 벤트부가 형성되는 캔부재 및 상기 전극탭과 상기 벤트부의 접촉을 방지하는 보호부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보호부재는 상기 전극탭에 부착될 수 있다.
상기 보호부재는 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에스테르(PET) 중 어느 하나 이상의 접착 필름일 수 있다.
상기 보호부재는 3um ~ 50um의 두께로 형성될 수 있다.
상기 보호부재는 상기 전극탭의 2mm ~ 7mm의 넓이에 부착될 수 있다.
상기 전극탭은 음극탭일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전극탭과 벤트부와의 접촉을 차단하여 캔부재 내부의 부식을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전극탭에 절연성의 접착 필름을 부착하는 것만으로 전극탭과 벤트부와의 접촉을 차단할 수 있어 제작이 쉽다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차전지의 주요부가 보이도록 내부를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 2차전지의 전극탭과 벤트부가 서로 접촉한 것을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전극탭에 보호부재가 부착된 것을 개략적으로 도시한 배면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차전지에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차전지의 주요부가 보이도록 내부를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차전지는 전극탭(11)이 형성되는 전극조립체(10), 상기 전극조립체(10)를 수용하며 내부 압력 증가 시 가스 배출을 위한 벤트부(21)가 형성되는 캔부재(20) 및 상기 전극탭(11)과 상기 벤트부(21)의 접촉을 방지하는 보호부재(30)를 포함한다.
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)는 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, 양극은 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 이루어지며, 양극의 양면 중 적어도 일측면의 단부에는 활물질이 도포되지 않는 무지부가 형성된다.
그리고 음극은 일반적으로 구리(Cu) 재질로 이루어지며, 음극의 양면 중 적어도 일측면의 단부에는 활물질이 도포되지 않는 무지부가 형성된다.
그리고 양극 및 양극의 무지부에는 전극탭(11)이 부착되어 전극 조립체(10)의 외부와 전기적으로 연결되도록 하는데, 양극의 무지부에 부착되는 전극탭(11)은 양극탭이고 음극의 무지부에 부착되는 전극탭(11)은 음극탭이다.
본 발명에서 전극탭(11)은 양극탭 또는 음극탭 중 어느 하나 일 수 있는데, 이하에서는 음극탭을 일실시예로 들어 설명한다.
도 2는 2차전지의 전극탭과 벤트부가 서로 접촉한 것을 도시한 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 원통 전지 및 각형 전지 등의 캔부재(20)는 전기 자동차 적용 확대에 따라 안전성 강화가 대두되고 있으며, 전지 폭발 시 폭발 영향이 주변으로 확대되는 것을 방지하기 위해서 캔부재(20)의 바닥부에 벤트부(21)를 형성한다.
벤트부(21)는 캔부재(20)의 바닥부 중에서 다른 부위에 비해 두께가 얇게 형성되어 캔부재(20) 내부 압력 증가 시 절개되면서 캔부재(20) 내부에서 발생되는 가스를 외부로 배출하는 역할을 한다.
그런데 벤트부(21)를 형성하기 위해 캔부재(20)의 바닥부를 펀치(punch)하는 과정에서 캔부재(20)에 선 도금된 니켈(Ni) 층이 손실된다.
그리고 전극조립체(10)의 전극탭(11) 중에 음극탭은 캔부재(20)의 바닥부측에 위치하여 벤트부(21)에 접촉하고 음극탭을 캔부재(20)에 용접 결합하는 과정에서 용접 시 인가되는 저항 전류에 의해 벤트부(21)가 추가 니켈(Ni) 층 손실이 발생하여 캔부재(20) 내부의 부식을 가속화시킨다.
따라서 본 발명은 이러한 캔부재(20) 내부의 부식을 방지하기 위해 음극탭에 보호부재(30)를 부착하여 음극탭과 벤트부(21)와의 접촉을 차단한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전극탭에 보호부재가 부착된 것을 개략적으로 도시한 배면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 보호부재(30)는 절연성과 내열성이 우수한 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에스테르(PET) 등 중 어느 하나 이상의 접착 필름으로 이루어져 음극탭에 부착된다.
특히, 보호부재(30)는 음극탭 중에서 벤트부(21)와 접촉하는 면에 부착되도록 음극탭의 2mm ~ 7mm의 넓이에 부착하는 것이 바람직하다.
그리고 보호부재(30)의 두께는 3um ~ 50um의 사이로 형성하여 보호부재(30)의 두께가 전지의 크기에 영향을 미치지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 2차전지는 전극탭과 벤트부와의 접촉을 차단하여 캔부재 내부의 부식을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전극탭에 절연성의 접착 필름을 부착하는 것만으로 전극탭과 벤트부와의 접촉을 차단하여 제작이 쉽다는 장점이 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: 전극탭
20: 캔부재
21: 벤트부
30: 보호부재

Claims (6)

  1. 전극탭(11)이 형성되는 전극조립체(10);
    상기 전극조립체(10)를 수용하며 내부 압력 증가 시 가스 배출을 위한 벤트부(21)가 형성되는 캔부재(20); 및
    상기 전극탭(11)과 상기 벤트부(21)의 접촉을 방지하는 보호부재(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호부재(30)는 상기 전극탭(11)에 부착되는 것을 특징으로 하는 2차전지.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 보호부재(30)는 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에스테르(PET) 중 어느 하나 이상의 접착 필름인 것을 특징으로 하는 2차전지.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 보호부재(30)는 3um ~ 50um의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 2차전지.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 보호부재(30)는 상기 전극탭(11)의 2mm ~ 7mm의 넓이에 부착되는 것을 특징으로 하는 2차전지.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전극탭(11)은 음극탭 인 것을 특징으로 하는 2차전지.
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