KR20170126286A - 2차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지의 안전성을 향상시키기 위한 2차 전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 양극, 분리막, 음극이 결집되어 형성된 전극조립체, 상기 전극조립체로부터 연장되어 형성된 제1 탭부, 상기 전극조립체로부터 상기 제1 탭부와 동일한 방향으로 연장되어 형성되며 상기 제1 탭부에 비해 길이가 긴 제2 탭부 및 상기 제2 탭부의 소정의 위치에 형성되어 상기 제2 탭부의 파단을 유도하는 노치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

2차 전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은 2차 전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전지의 안전성을 향상시키기 위한 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.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0006389호에는 종래의 전극조립체 및 이를 포함하는 이차 전지가 개시되어 있다.

종래의 이차 전지와 같이 최근 고출력 이차 전지에 대한 수요가 증가함에 따라 전극 탭을 양극 2개의 탭 이상의 멀티 탭으로 형성할 수 있다.

그런데 양극 2 탭은 동일한 폭의 알루미늄(Al) 탭을 사용하여 외부단락 등의 안전성 테스트 진행 시 탭이 끊어지는 위치가 균일하지 않다는 문제점이 있다. (즉, 끊어지는 위치가 랜덤하게 정해짐)

즉, 탭이 끊어지는 위치가 균일하지 않으면 탭이 끊어지는 위치에 따른 안전성 이슈에 대비하기가 어려워 끊어진 탭 조각에 의해 단락 또는 발화 등이 발생하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 양극 2탭 중 인탭(in tab)의 파단 위치를 균일하게 할 수 있는 2차 전지를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 2차 전지는 양극, 분리막, 음극이 결집되어 형성된 전극조립체, 상기 전극조립체로부터 연장되어 형성된 제1 탭부, 상기 전극조립체로부터 상기 제1 탭부와 동일한 방향으로 연장되어 형성되며 상기 제1 탭부에 비해 길이가 긴 제2 탭부 및 상기 제2 탭부의 소정의 위치에 형성되어 상기 제2 탭부의 파단을 유도하는 노치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 탭부 및 상기 제2 탭부는 상기 전극조립체의 양극으로부터 연장된 양극탭일 수 있다.

상기 노치부는 상기 제2 탭부에 형성된 오목한 홈일 수 있다.

상기 노치부는 상기 제2 탭부에서 상기 제1 탭부의 높이에 대응하는 높이 또는 그 이상인 높이에 형성될 수 있다.

상기 제2 탭부는 상기 노치부에 대응하는 위치에 접착부재가 더 구비될 수 있다.

상기 전극조립체는 원통형 캔부재의 내부에 수용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 양극 2탭 중 인탭의 파단 위치를 균일하게 하여 안전성을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 양극 2탭 중 인탭의 파단 위치를 아웃탭(out tab)의 높이보다 같거나 더 높게 하여 파단 된 전극에 의해 아웃탭이 간섭되는 것을 방지하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 양극 2탭 중 인탭의 파단 위치를 균일하게 하여 인탭이 파단 될 수 있는 위치에 미리 접착부재를 부착하여 파단 된 탭 부분에 의해 단락 또는 발화 등의 사고가 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지의 캔부재를 절단하여 내부 주요부를 도시하기 위한 일부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지의 제2 탭부를 일부 확대하여 도시한 일부 확대도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차 전지의 제2 탭부를 일부 확대하여 도시한 일부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차 전지의 제2 탭부를 일부 확대하여 도시한 일부 확대도이다.
도 6은 본 발명의 그 외 또 다른 실시예에 따른 2차 전지의 캔부재를 절단하여 내부 주요부를 도시하기 위한 일부 단면도이다.
도 7은 본 발명의 그 외 또 다른 실시예에 따른 2차 전지의 제2 탭부를 일부 확대하여 도시한 일부 확대도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차 전지에 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 균등물들이 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 2차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지의 캔부재를 절단하여 내부 주요부를 도시하기 위한 일부 단면도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지는 양극, 분리막, 음극이 결집되어 형성된 전극조립체(1), 상기 전극조립체(1)로부터 연장되어 형성된 제1 탭부(10), 상기 전극조립체(1)로부터 상기 제1 탭부(10)와 동일한 방향으로 연장되어 형성되며 상기 제1 탭부(10)에 비해 길이가 긴 제2 탭부(20) 및 상기 제2 탭부(20)의 소정의 위치에 형성되어 상기 제2 탭부(20)의 파단을 유도하는 노치부(30)를 포함한다.

전극조립체(1)는, 예를 들어, 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 복수 회 적층하고, 양극과 분리막 및 음극을 적층한 적층체를 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수 있다.

양극은 알루미늄 판일 수 있으며, 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와, 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다.

양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMnO4와 같은 리튬 함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물일 수 있다.

양극 활물질부는 예를 들어, 알루미늄판의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질을 도포하여 형성하며, 양극 활물질이 미 도포된 알루미늄판의 나머지 부분이 양극 무지부가 될 수 있다.

음극은 구리 판일 수 있으며, 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다.

음극 활물질은, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등일 수 있다.

음극 활물질부는 예를 들어, 구리판의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질을 도포하여 형성하며, 음극 활물질이 미 도포된 구리판의 나머지 부분이 음극 무지부가 될 수 있다.

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 있다.

그리고 양극 및 음극의 무지부에는 전극탭이 부착되어 전극조립체(1)의 외부와 전기적으로 연결되도록 하는데, 양극의 무지부에 부착되는 전극탭(11)은 양극탭이고 음극의 무지부에 부착되는 전극탭은 음극탭 일 수 있다.

그리고 제1 탭부(10) 및 제2 탭부(20)는 전극조립체(1)의 양극 무지부에 전기적으로 연결되어 연장된 양극탭 일 수 있다.

제1 탭부(10)는 제2 탭부(20)에 용접 결합될 수 있으며, 제2 탭부(10)에 비해 상대적으로 길이가 짧은 제1 탭부(10)는 아웃탭이라하고, 제1 탭부(20)에 비 해 길이가 긴 제2 탭부(20)는 인탭이라할 수 있다.

전극조립체(1)는 캔부재(3)의 내부에 전해액(미도시)과 함께 수용될 수 있다.

캔부재(3)는 원형 리튬이온 2차 전지에서 대략 원통형의 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 일반적으로 가볍고 부식에 대처가 용이한 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있다.

캔부재(3)는 전극조립체(1)와 전해액의 용기가 되고, 전극조립체(1)가 캔부재(3)의 개방된 상단, 즉, 상단개구부를 통해 캔부재(3)에 삽입된 뒤 캔부재(3)의 상단개구부는 탑캡 조립체(5)에 의해 봉해질 수 있다.

탑캡 조립체(5)는 적어도 캔부재(10)의 상단개구부와 대응되는 크기와 형상을 가져 캔부재(3)의 상단개구부를 밀봉하게 결합될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지의 제2 탭부를 일부 확대하여 도시한 일부 확대도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 노치부(30)는 외부단락 등의 안전성 테스트 진행 시 제2 탭부(20)의 파단을 유도하기 위한 것으로 제2 탭부(20)에서 파단될 소정 위치의 두께(폭)를 얇게 하도록 노치부(30)는 제2 탭부(2)의 소정의 위치를 오목하게 하는 라운드 형 홈일 수 있다.

이와 같이 오목한 노치부를 형성할 경우 전극 탭이 파단 되는 위치는 노치부로 일정할 것이므로 전극 탭이 파단 되는 위치를 예측할 수 있다.

만일 예측이 안 된다면 전극 탭의 끊어지는 위치에서 끊어진 탭 조각 등이 전극 조립체 쪽으로 떨어져 그에 따라 단락이나 발화 등의 이슈가 발생하더라도 그에 전혀 대비할 수 없게 된다.

따라서 끊어지는 위치가 예측이 되는 경우 그에 대한 대비를 할 수 있으므로 전지의 안전성을 향상시키는 효과가 있게 된다.

그리고 노치부(30)가 제2 탭부(20)에 형성되는 소정의 위치는 제1 탭부(10)의 높이에 대응하는 높이이거나 그 이상의 높이인 것이 바람직할 수 있다.

즉, 노치부(30)에 의해 제2 탭부(20)가 파단 되었을 시에 파단 되고 남은 제2 탭부(20)의 높이가 제1 탭부(10)에 비해 같거나 높게 하여 제1 탭부(10)와의 간섭 현상을 방지하는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차 전지의 제2 탭부를 일부 확대하여 도시한 일부 확대도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 노치부(30a)는 외부단락 등의 안전성 테스트 진행 시 제2 탭부(20)의 파단을 유도하기 위한 것으로 제2 탭부(20)에서 파단될 소정 위치의 두께(폭)를 얇게 하도록 노치부(30a)는 제2 탭부(2)의 소정의 위치를 오목하게 하는 경사형 홈일 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차 전지의 제2 탭부를 일부 확대하여 도시한 일부 확대도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노치부(30b)는 외부단락 등의 안전성 테스트 진행 시 제2 탭부(20)의 파단을 유도하기 위한 것으로 제2 탭부(20)에서 파단될 소정 위치의 두께(폭)를 얇게 하도록 노치부(30b)는 제2 탭부(2)의 소정의 위치를 오목하게 하는 사각형 홈일 수 있다.

도 6은 본 발명의 그 외 또 다른 실시예에 따른 2차 전지의 캔부재를 절단하여 내부 주요부를 도시하기 위한 일부 단면도이고, 도 7은 본 발명의 그 외 또 다른 실시예에 따른 2차 전지의 제2 탭부를 일부 확대하여 도시한 일부 확대도이다.

도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차 전지는 제2 탭부(20)에 접착부재(21)가 감겨지게 부착될 수 있다.

접착부재(21)는 절연성을 갖는 접착 필름(film), 접착 테이프(tape) 등 일 수 있다.

접착부재(21)는 노치부(30)가 형성되는 위치에 대응하게 제2 탭부(20)에 부착되어 제2 탭부(20)에서 파단 되는 조각이 제2 탭부(20)로부터 전극조립체(1) 쪽으로 떨어지는 것을 방지한다.

즉, 노치부(30)에 의해 제2 탭부(20)가 파단 되는 부위를 예측하여 제2 탭부(20)에서 노치부(30)에 대응하는 위치에 접착부재(21)를 부착함에 따라 제2 탭부(20)에서 파단 되는 제2 탭부(20)의 조각이 제2 탭부(20)로부터 떨어지는 것을 방지하여 조각에 의해 2차 전지에 단락 또는 발화가 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 양극 2탭 중 인탭의 파단 위치를 균일하게 하여 안전성을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 양극 2탭 중 인탭의 파단 위치를 아웃탭의 높이보다 같거나 더 높게 하여 파단된 전극에 의해 아웃탭이 간섭되는 것을 방지하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 양극 2탭 중 인탭의 파단 위치를 균일하게 하여 인탭이 파단될 수 있는 위치에 미리 접착부재를 부착하여 파단 된 탭 부분에 의해 단락 또는 발화 등의 사고가 발생하는 것을 방지하는 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 실시가 가능하다.

1: 전극조립체
3: 캔부재
5: 탑캡 조립체
10: 제1 탭부
20: 제2 탭부
21: 접착부재
30: 노치부

Claims (6)

1. 양극, 분리막, 음극이 결집되어 형성된 전극조립체(1);
   상기 전극조립체(1)로부터 연장되어 형성된 제1 탭부(10);
   상기 전극조립체(1)로부터 상기 제1 탭부(10)와 동일한 방향으로 연장되어 형성되며 상기 제1 탭부(10)에 비해 길이가 긴 제2 탭부(20); 및
   상기 제2 탭부(20)의 소정의 위치에 형성되어 상기 제2 탭부(20)의 파단을 유도하는 노치부(30); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 탭부(10) 및 상기 제2 탭부(20)는 상기 전극조립체(1)의 양극으로부터 연장된 양극탭인 것을 특징으로 하는 2차 전지.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 노치부(30)는 상기 제2 탭부(20)에 형성된 오목한 홈인 것을 특징으로 하는 2차 전지.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 노치부(30)는 상기 제2 탭부(20)에서 상기 제1 탭부(10)의 높이에 대응하는 높이 또는 그 이상인 높이에 형성된 것을 특징으로 하는 2차 전지.
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 탭부(20)는 상기 노치부(30)에 대응하는 위치에 접착부재(21)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극조립체(1)는 원통형 캔부재(3)의 내부에 수용되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.

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