KR20180115523A - 이차전지 - Google Patents

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KR20180115523A
KR20180115523A KR1020170047935A KR20170047935A KR20180115523A KR 20180115523 A KR20180115523 A KR 20180115523A KR 1020170047935 A KR1020170047935 A KR 1020170047935A KR 20170047935 A KR20170047935 A KR 20170047935A KR 20180115523 A KR20180115523 A KR 20180115523A
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유재욱
강달모
문정오
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 본 발명에 이차전지는 전극과 분리막이 교대로 적층되어 결집된 전극 조립체와, 상기 전극과 전기적으로 연결된 전극 탭과, 상기 전극 조립체 및 상기 전극 탭을 수용하는 전지 케이스 및 일측부가 상기 전지 케이스의 내부에 위치되어 상기 전극 탭과 전기적으로 연결되고, 타측부가 상기 전지 케이스의 외부로 돌출된 전극 리드를 포함하고, 상기 전극 리드는 벤딩가능하도록 기둥 형태로 형성되며, 상기 전극 리드의 일측부에 결합홀이 형성되고, 상기 전극 탭이 상기 결합홀에 결합된다.

Description

이차전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
또한, 전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다. 이중 젤리 롤형 전극 조립체는 제조가 용이하면서도 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.
한국 공개특허 제10-2016-0010121호
본 발명의 하나의 관점은 전극 리드가 벤딩가능하도록 구비된 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 관점은 전극 리드 및 전극 탭이 상호 견고히 고정될 수 있도록 구비된 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 전극과 분리막이 교대로 적층되어 결집된 전극 조립체와, 상기 전극과 전기적으로 연결된 전극 탭과, 상기 전극 조립체 및 상기 전극 탭을 수용하는 전지 케이스 및 일측부가 상기 전지 케이스의 내부에 위치되어 상기 전극 탭과 전기적으로 연결되고, 타측부가 상기 전지 케이스의 외부로 돌출된 전극 리드를 포함하고, 상기 전극 리드는 벤딩가능하도록 기둥 형태로 형성되며, 상기 전극 리드의 일측부에 결합홀이 형성되고, 상기 전극 탭이 상기 결합홀에 결합될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전극 리드가 기둥형태로 형성되어 모든 방향으로 벤딩가능할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전극 리드에 형성된 결합홀에 전극 탭이 결합되고, 전극 탭의 단부가 벤딩되어, 전극 리드 및 전극 탭이 상호 이탈되지 않도록 견고히 결합될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체 및 전극 리드를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 리드의 요부를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 리드의 요부를 나타낸 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 리드에 전극 탭이 삽입된 상태를 나타낸 요부 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 리드에 전극 탭이 고정된 상태를 나타낸 요부 사시도이다.
도 8은 도 7에서 A-A'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체 및 전극 리드를 나타낸 분리 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 분리 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(100)는 전극(123)과 분리막(124)이 교대로 적층된 전극 조립체(120)와, 전극(123)과 전기적으로 연결된 전극 탭(130)과, 전극 조립체(120) 및 전극 탭(130)을 수용하는 전지 케이스(110) 및 전극 탭(130)과 전기적으로 연결된 전극 리드(140)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체 및 전극 리드를 나타낸 사시도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예인 이차전지에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3을 참고하면, 전극 조립체(120)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(123)과 분리막(124)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다. 여기서, 전극 조립체(120)는 권취된 형태를 가질 수 있다.
전극(123)은 양극 시트(Sheet)(121)와 음극 시트(122)를 포함할 수 있다. 그리고, 분리막(124)은 양극 시트(121)와 음극 시트(122)를 분리하여 전기적으로 절연시킨다. 여기서, 양극 시트(121)와 음극 시트(122)는 분리막(124)과 함께 권취되어 예를들어 젤리 롤(Jelly roll) 형으로 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(120)는 원형 또는 타원형 형태로 권취될 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2를 참고하면, 양극 시트(121)는 양극 집전체(미도시) 및 양극 집전체에 도포된 양극 활물질(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.
양극 집전체는 예를 들어 알루미늄(Al) 재질의 포일(foil)로 이루어질 수 있다.
양극 활물질은 일례로 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 양극 활물질은 다른 예로 Hi Ni계 양극재로 이루어질 수 있다. 여기서, Hi Ni계 양극재는 LiNiMnCoO계, LiNiCoAl계 또는 LiMiMnCoAl계 중에서 어느 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.
음극 시트는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질을 포함하는 시트로 이루어질 수 있다. 여기서, 음극 시트(110)는 음극 집전체(미도시)와, 음극 집전체에 도포된 음극 활물질(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.
음극 집전체는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다.
음극 활물질은 일례로 인조흑연을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 음극 활물질은 다른 예로 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
분리막(124)은 절연 재질로 이루어져 양극 시트(121) 및 음극 시트(122)와 교대로 적층된다. 여기서, 분리막(124)은 양극 시트(121) 및 음극 시트(122) 사이와, 양극 시트(121) 및 음극 시트(122)의 외측면에 위치될 수 있다.
또한, 분리막(124)은 연성이 있는 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 분리막(124)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
전극 탭(130)은 전극(123)에 부착되어 전극(123)과 전기적으로 연결된다.
또한, 전극 탭(130)은 양극 시트(121)와 전기적으로 연결된 양극 탭(131) 및 음극 시트 (122)와 전기적으로 연결된 음극 탭(132)을 포함한다.
여기서, 양극 탭(131)의 일측부는 양극 활물질(122)이 도포되지 않은 양극 시트(121)의 무지부에 부착될 수 있다.
또한, 음극 탭(132)의 일측부는 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 시트(122)의 무지부에 부착될 수 있다.
전지 케이스(110)는 전극 조립체(120) 및 전극 탭(130)을 내부에 수용하는 수용부(114)가 형성된다.
또한, 전지 케이스(110)는 상부 케이스(111)및 하부 케이스(112)를 포함할 수 있다.
아울러, 전지 케이스(110)는 전극 리드(140)의 일측부를 수용하고, 전극 리드(140)가 관통되는 관통홀(113)이 형성될 수 있다. 여기서, 관통홀(113)은 전극 리드(140)의 외면에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상부 케이스(111)에 예를 들어 반원 형태의 상부 관통홀(111a)이 형성되고, 하부 케이스(112)에 예를들어 반원 형태의 하부 관통홀(112a)이 형성되어, 상부 케이스(111)와 하부 케이스(112)가 상호 결합 시, 전지 케이스(110)에는 원형의 관통홀(113)이 형성될 수 있다.
그리고, 복수개의 전극 리드(140)가 상호 나란한 방향으로 구비되도록 동일 방향으로 개방된 관통홀(113)이 복수개 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 리드의 요부를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 리드의 요부를 나타낸 정면도이다.
또한, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 리드에 전극 탭이 삽입된 상태를 나타낸 요부 사시도이며, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 리드에 전극 탭이 고정된 상태를 나타낸 요부 사시도이며, 도 8은 도 7에서 A-A'선을 따라 절개한 단면도이다. 여기서, 도 6은 전극 리드(140)의 결합홀(140a)에 전극 탭(130)이 삽입되어 전극 탭(130)의 단부(130a)가 B방향으로 벤딩되기 전 상태를 나타내고, 도 7은 전극 리드(140)의 결합홀(140a)에 전극 탭(130)이 삽입된 후 단부(130a)가 벤딩된 상태를 나태낸다.
도 2을 참고하면, 전극 리드(140)는 일측부가 전지 케이스(110) 내부에 위치되어 전극 탭(130)과 전기적으로 연결되고, 타측부가 전지 케이스(110)의 외부로 돌출될 수 있다.
또한, 전극 리드(140)는 3방향 이상으로 벤딩(Bending)가능하도록 기둥 형태로 형성될 수 있다. 즉, 전극 리드(140)가 기둥형태로 형성되어 모든 방향으로 벤딩될 수 있다. 여기서, 전극 리드(140)는 예를 들어 원기둥 형태로 형성될 수 있다.
그리고, 전극 리드(140)는 전기를 전도하고, 벤딩이 가능하도록 예를 들어 구리재질로 형성될 수 있다.
아울러, 도 4 및 도 5를 참고하면, 전극 리드(140)는 일측부에 결합홀(140a)이 형성되어 전극 탭(130)이 결합홀(140a)에 결합될 수 있다. 여기서, 결합홀(140a)은 전극 리드(140)의 측면을 관통하도록 형성될 수 있다.
여기서, 도 5 및 도 6을 참고하면, 결합홀(140a)은 전극 탭(130)에 대응되는 형태로 형성될 수 있다.
이때, 도 6 및 7을 참고하면, 전극 탭(130)은 단부(130a)가 결합홀(140a)에서 돌출되도록 결합홀(140a)에 결합될 수 있다. 또한, 결합홀(140a)에서 돌출된 전극 탭(130)의 단부(130a)는 벤딩될 수 있다. 이에 따라, 전극 탭(130)에서 전극 리드(140)의 이탈을 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 결합홀(140a)에 삽입되어 전극 리드(140)에 결합된 전극 탭(130) 결합홀(140a)에서 삽입된 반대 방향으로 이탈되는 힘이 가해질 이루어질 때, 결합홀(140a)에서 돌출되어 벤딩된 전극 탭(130)의 단부에 단속되어 결합홀(140a)에서 전극 탭(130)이 분리되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 전극 탭(130)의 단부(130a)는 전극 리드(140)의 외면에 대응되는 형태로 벤딩될 수 있다.
한편, 전극 리드(140)의 외면에 전극 탭(130)의 단부(130a)가 안착되는 안착홈(140b)이 형성될 수 있다.
아울러, 도 7 및 도 8을 참고하면, 전극 탭(130)과 전극 리드(140)가 전기적으로 연결되고 상호 견고히 고정될 수 있도록 전극 탭(130)의 단부(130a)와 전극 리드(140) 사이를 용접하여 용접부(150)를 형성시킬 수 있다. 이때, 예를 들어 전극 리드(140)의 안착홈(140b)에 안착된 전극 탭(130)의 단부(130a)와 전극 리드(140)의 안착홈(140b) 저면을 상호 용접하여 용접부(150)를 형성할 수 있다.
한편, 전극 리드(140)는 양극 탭(131)과 결합된 양극 리드(141) 및 음극 탭(132)과 결합된 음극 리드(142)를 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체 및 전극 리드를 나타낸 분리 사시도이고, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지(200)는 전술한 제1 실시예에 따른 이차전지(100)와 비교할 때, 전극 리드(240)가 전지 케이스(220)에서 돌출된 구조에 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 제1 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 복수개의 전극 리드(240)의 타측부는 전지 케이스(220)의 양단 중앙부를 관통하며 구비될 수 있다. 이때, 복수개의 전극 리드(240)의 타측부는 일측부에 대하여 벤딩되어 전지 케이스(220)의 양단 중앙부를 관통하도록 구비될 수 있다. 여기서, 양극 리드(241)와 음극 리드(242)는 전지 케이스(220)의 양단을 관통하며 상호 멀어지는 방향으로 연장형성될 수 있다. 전극 리드(140)가 기둥 형태로 형성되어 있기 때문에 원하는 방향으로 벤딩(Bending) 가능할 수 있다.
또한, 전지 케이스(220)의 양단에 복수개의 전극 리드(240)가 관통되는 관통홀(213)이 복수개 형성될 수 있다. 이때, 상부 케이스(211)에 예를 들어 반원 형태의 상부 관통홀(211a)이 형성되고, 하부 케이스(212)에 예를들어 반원 형태의 하부 관통홀(212a)이 형성되어, 상부 케이스(211)와 하부 케이스(212)가 상호 결합 시, 전지 케이스(210)에는 원형의 관통홀(213)이 형성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 분리 사시도이고, 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다.
도 11 및 도 12를 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(300)는 전극 리드(340)가 예를 들어 사각 기둥형태로 형성될 수 있다.
또한, 전지 케이스(320)에 전극 리드(340)에 대응되는 형태로 관통홀(313)이 형성될 수 있다. 여기서, 관통홀(313)은 사각 기둥형태의 전극 리드(340)에 대응되도록 예를 들어 사각 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상부 케이스(311)에 예를 들어 사각형 형태의 상부 관통홀(311a)이 형성되고, 하부 케이스(312)에 예를들어 사각형 형태의 하부 관통홀(312a)이 형성되어, 상부 케이스(311)와 하부 케이스(312)가 상호 결합 시, 전지 케이스(310)에는 사각형의 관통홀(313)이 형성될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100,200,300: 이차전지
110,210.310: 전지 케이스
111,211,311: 상부 케이스
111a,211a,311a: 상부 관통홀
112,212,312: 하부 케이스
112a,212a,312a: 하부 관통홀
113,213,313: 관통홀
114: 수용부
120: 전극 조립체
121: 양극 시트
122: 음극 시트
123: 전극
124: 분리막
130: 전극 탭
130a: 단부
131: 양극 탭
132: 음극 탭
140,240,340: 전극 리드
140a: 결합홀
140b: 안착홈
141,241,341: 양극 리드
142,242,342: 음극 리드
150: 용접부

Claims (7)

  1. 전극과 분리막이 교대로 적층되어 결집된 전극 조립체;
    상기 전극과 전기적으로 연결된 전극 탭;
    상기 전극 조립체 및 상기 전극 탭을 수용하는 전지 케이스; 및
    일측부가 상기 전지 케이스의 내부에 위치되어 상기 전극 탭과 전기적으로 연결되고, 타측부가 상기 전지 케이스의 외부로 돌출된 전극 리드를 포함하고,
    상기 전극 리드는 벤딩가능하도록 기둥 형태로 형성되며,
    상기 전극 리드의 일측부에 결합홀이 형성되고, 상기 전극 탭이 상기 결합홀에 결합되는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 탭이 상기 결합홀에 결합 시, 상기 전극 탭의 단부는 상기 전극 리드의 상기 결합홀에서 돌출되도록 결합되고,
    상기 전극 탭의 단부는 상기 전극 리드의 이탈을 방지하도록 벤딩된 이차전지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전극 탭과 상기 전극 리드가 전기적으로 연결되고, 상호 고정되도록 상기 전극 탭의 상기 단부와 상기 전극 리드 사이에 형성된 용접부를 더 포함하는 이차전지.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 전극 탭의 상기 단부는 상기 전극 리드의 외면에 대응되는 형태로 벤딩된 이차전지.
  5. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 전극 리드는 외면에는 상기 전극 탭의 단부가 상기 전극 탭의 벤딩 후 안착되는 안착홈이 형성된 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 리드는 원형 기둥 또는 사각 기둥 형태로 형성된 이차전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 리드는 전기를 전도하고, 벤딩(Bending) 가능하도록 구리재질로 형성된 이차전지.
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