KR20230075754A - 이차전지 - Google Patents

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KR20230075754A
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Abstract

본 발명의 실시예는 이차전지에 관한 것으로, 이차전지는 제1 전극판 및 제2 전극판, 상기 제1 전극판 및 제2 전극판의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비한 스택 타입의 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 전극 조립체의 적어도 일측에 구비되어 충격 흡수 및 상기 세퍼레이터의 꺾임을 방지하는 충격흡수부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 충격 흡수부에 의해 세퍼레이터 간 결합력이 강화되므로 외부 충격에도 세퍼레이터가 분리되지 않게 된다. 또한, 전극 조립체의 측면 열처리 시 극판의 정렬이 불량하더라도 세퍼레이터의 수축량을 일정하게 조절할 수 있다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명의 실시예는 집전 구조가 개선된 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 전지는 크게 일차 전지와 이차 전지로 구분된다. 일차 전지는 대부분 원통형 전지이고, 이차 전지는 각형 전지와 원통형 전지로 구분된다. 각형 전지는 외장재로 금속 캔 또는 파우치를 사용하며, 파우치를 사용하는 전지를 파우치형 전지라고 부른다.
상기 각형 전지는 일반적으로, 음극판, 세퍼레이터, 양극판의 권취형이나 스택형의 전극 조립체를 제조하는 단계와, 전극 조립체를 각형 캔 또는 각형 파우치에 수납하는 단계와, 전해액을 주입하는 단계를 통하여 제조된다.
스택형 전극 조립체를 구비한 이차전지의 경우, 음극판 및 양극판보다 세퍼레이터의 크기가 크기 때문에 낙하 시 전극 조립체의 외최곽 세퍼레이터가 뒤집어지거나 일부 분리되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시 예는 전극 조립체의 안정성을 향상시킬 수 있는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 제1 전극판 및 제2 전극판, 상기 제1 전극판 및 제2 전극판의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비한 스택 타입의 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 전극 조립체의 적어도 일측에 구비되어 충격 흡수 및 상기 세퍼레이터의 꺾임을 방지하는 충격흡수부를 포함할 수 있다.
상기 세퍼레이터의 크기는 상기 제1 전극판 및 제2 전극판의 크기보다 큰 것이 특징이다.
상기 충격 흡수부는 상기 세퍼레이터의 단부에 구비되는 것이 특징이다.
상기 충격 흡수부는 유기 용제인 것이 특징이다.
상기 충격 흡수부가 복수의 상기 세퍼레이터의 단부를 접착하는 것이 특징이다.
상기 유기 용제는 절연성, 전해액에 반응하지 않는 비반응성, 접착성을 갖는 것이 특징이다.
상기 유기 용제는 PP, PE, PTFE, EPDM, PVdF, 아크릴, 고무(Rubber)계열의 접착제 중 어느 하나인 것이 특징이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 충격 흡수부에 의해 세퍼레이터 간 결합력이 강화되므로 외부 충격에도 세퍼레이터가 분리되지 않게 된다.
또한, 전극 조립체의 측면 열처리 시 극판의 정렬이 불량하더라도 세퍼레이터의 수축량을 일정하게 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 일부 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 전극 조립체를 케이스에 삽입한 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 따른 전극 조립체의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 따른 이차전지에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 일부 분해 사시도이다. 도 2는 도 1에 따른 전극 조립체를 케이스에 삽입한 상태를 도시한 사시도이다. 도 3은 도 1에 따른 전극 조립체의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차전지(10)는 케이스(100)와, 케이스(100)에 수용되는 전극 조립체(200)와, 전극 조립체(200)를 외부와 전기적으로 연결하는 리드 터미널(300)을 포함할 수 있다. 예시적으로, 전극 조립체(200)는 스택 형태로 적층될 수 있다.
케이스(100)는 전해액과 함께 전극 조립체(200)를 수용해 밀봉하는 기능을 한다. 케이스(100)는 파우치, 파우치 외장재, 파우치 케이스, 라미네이트 외장재 등으로 지칭될 수 있다. 케이스(100)는 판상의 외장재의 양단이 서로 마주보도록 벤딩하여 일측을 하부 케이스(110)로 구성하고, 타측을 상부 케이스(130)로 구성할 수 있다. 하부 케이스(110)에는 일면을 프레스(press) 또는 드로잉(drawing)해 형성된 리세스(recess, 112)가 구비될 수 있다. 리세스(112)에 전극 조립체(200)가 수용된다. 하부 케이스(110)에서 리세스(112) 주변의 평평한 부분이 상부 케이스(130)와 실링되는 실링부(150)가 된다. 실링부(150)는 상부 케이스(130)와 밀착된 후 열융착 등으로 실링되는 부분이다.
전극 조립체(200)는 박형 또는 막형으로 형성된 제1 전극판(210) 및 제2 전극판(230)과, 이들 사이를 절연하는 세퍼레이터(250)가 적층된 적층체가 권취 또는 적층(stack)되어 형성될 수 있다. 본 발명에서는 전극 조립체(200)가 스택 구조인 것을 예로 하여 설명한다.
예시적으로, 제1 전극판(210)은 음극일 수 있고, 제2 전극판(230)은 양극일 수 있으나, 그 반대일 수도 있다.
음극인 제1 전극판(210)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제1 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1 전극 활물질(210a)이 도포되어 형성될 수 있다. 제1 전극 집전체의 일부 영역에는 제1 전극 활물질(210a)이 도포되지 않은 제1 전극 무지부가 형성될 수 있다. 제1 전극 무지부 상에는 제1 전극 기재탭(212) 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극 기재탭(212)은 제1 전극 무지부를 프레스로 가압해 일정한 모양을 남기는 방식으로 형성될 수 있다. 예시적으로, 제1 전극 기재탭(212)은 사각형일 수 있다. 제1 전극 기재탭(212)이 제1 리드 터미널(310)과 전기적으로 연결되어 이차전지(10) 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 제1 전극 기재탭(212)이 제1 리드 터미널(310) 사이의 전류 흐름의 통로가 된다.
양극인 제2 전극판(230)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제2 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제2 전극 활물질(230a)이 도포되어 형성될 수 있다. 제2 전극 집전체의 일부 영역에는 제2 전극 활물질(230a)이 도포되지 않은 제2 전극 무지부가 형성될 수 있다. 제2 전극 무지부 상에는 제2 전극 기재탭(232)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극 기재탭(232)은 제2 전극 무지부를 프레스로 가압해 일정한 모양을 남기는 방식으로 형성될 수 있다. 예시적으로, 제2 전극 기재탭(232)은 사각형일 수 있다. 제2 전극 기재탭(232)이 제2 리드 터미널(330)과 전기적으로 연결되어 이차전지(10) 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 제2 전극 기재탭(232)이 제2 리드 터미널(330) 사이의 전류 흐름의 통로가 된다.
세퍼레이터(250)는 제1 전극판(210)과 제2 전극판(230)의 사이에 개재된다. 세퍼레이터(250)는 제1 전극판(210)과 제2 전극판(230)의 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 한다. 이를 위해, 세퍼레이터(250)는 제1 전극판(210)과 제2 전극판(230)보다 크게 형성될 수 있다. 예시적으로, 세퍼레이터(250)는 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있으나 여기에 한정되지 않는다.
리드 터미널(300)은 전술한 제1 리드 터미널(310) 및 제2 리드 터미널(330)을 구비한다. 이차전지(10)의 제조 공정에서, 복수의 제1 전극 기재탭(212)을 한쪽으로 모아 제1 리드 터미널(310)에 용접하고, 복수의 제2 전극 기재탭(232)을 한쪽으로 모아 제2 리드 터미널(330)에 용접한다. 용접 방법은 저항 용접, 초음파 용접 또는 레이저 용접 등이 가능하지만, 본 발명에서 상기 용접 방법이 한정되는 것은 아니다. 제1 리드 터미널(310) 및 제2 리드 터미널(330) 상에는 각각 제1 절연 테이프(312) 및 제2 절연 테이프(332)가 부착될 수 있다. 제1 절연 테이프(312) 및 제2 절연 테이프(332)는 케이스(100)와 접촉되는 부분에 부착되어 쇼트를 방지하는 기능을 한다.
전술한 구조의 이차전지에 있어서, 전극 조립체(200)의 스택 방법을 간단히 설명하기로 한다.
2장의 세퍼레이터(250) 사이에 복수 개의 제1 전극판(210)을 서로 이격되도록 배치한 후 세퍼레이터(250)와 상호 부착될 수 있다. 그 후 세퍼레이터(250)의 외측에 복수의 제2 전극판(230)을 부착할 수 있다. 그 다음 제1 전극판(210) 사이가 벤딩되도록 세퍼레이터(250)를 권취한 후 세퍼레이터(250)의 벤딩된 부분(만곡된 부분)을 커팅해 스택 형태의 전극 조립체(200)를 형성할 수 있다. 제1 전극 기재탭(212) 및 제2 전극 기재탭(232)은 각각 한쪽으로 모아 용접된 후 제1 리드 터미널(310) 및 제2 리드 터미널(330)과 각각 용접될 수 있다(리드탭의 연결은 세퍼레이터 권취 후 이루어질 수도 있다). 이렇게 형성된 전극 조립체(200)는 케이스(100)에 수용되고, 전해액이 주입된 후 케이스(100)를 실링하여 이차전지(10)를 만들게 된다.
전술한 과정에서, 낙하 등의 충격이 발생할 때 전극 조립체의 안정성을 향상시키기 위해 충격 흡수부(400)가 추가로 구비되어 전극 조립체(200)를 형성할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 충격 흡수부(400)는 제1 전극판(210) 및 제2 전극판(230)보다 크게 형성된 세퍼레이터(250)의 단부 사이에 구비될 수 있다. 전극 조립체(200)의 형성 후 케이스(100)에 삽입하기 전, 제1 전극 기재탭(212) 및 제2 전극 기재탭(232)의 반대쪽 단부에 배치된 세퍼레이터(250) 사이에 충격 흡수부(400)를 구비할 수 있다.
예시적으로, 충격 흡수부(400)는 접착성을 갖는 유기 용제일 수 있다. 유기 용제는 제1 전극판과 제2 전극판의 단락을 방지하기 위해 절연성 물질일 수 있다. 또한, 유기 용제는 셀 특성에 영향을 주지 않도록 전해액에 반응하지 않는 비반응성이면서 세퍼레이터간 접착력을 부여할 수 있도록 접착성을 갖는 물질일 수 있다. 추가적으로 유기 용제는 낙하 시 충격 흡수를 위해 탄성을 가질 수 있으며, 제조 공정 중 변형 방지를 위해 녹는점이 세퍼레이터와 전극판의 접착 온도보다 높은 물질일 수 있다. 예시적으로, 유기 용제는 PP, PE, PTFE, EPDM, PVdF 또는 아크릴, 고무(Rubber)계열 접착제 등에서 선택될 수 있다. 유기 용제를 세퍼레이터(250)의 사이에 도포 또는 함침함으로써 충격 흡수부(400)가 형성될 수 있다. 세퍼레이터(250)의 크기가 제1 전극판(210) 및 제2 전극판(230) 보다 크기 때문에, 세퍼레이터(250)의 단부는 제1 전극판(210) 및 제2 전극판(230) 보다 외측으로 돌출된 형태이다. 이 돌출된 영역을 잔여 영역으로 정의할 수 있다. 예시적으로, 충격 흡수부(400)는 잔여 영역 전체를 커버하도록 구비될 수 있다. 또는, 예시적으로, 충격 흡수부(400)가 잔여 영역의 일부를 커버하도록 구비될 수 있다. 그러나 충격 흡수부(400)는 최소한 세퍼레이터(250)의 단부로부터 일정 영역을 커버하도록 구비될 수 있다. 이는 외부 충격 발생 시 충격 흡수부(400)가 충격을 흡수하고 세퍼레이터(250)의 단부가 분리되거나 뒤집어지거나 꺾이는 등의 문제를 방지하기 위해서이다. 충격 흡수부(400)에 의해 세퍼레이터(250)의 단부끼리 접착되어 견고하게 결합되므로 외부 충격이 전달되더라도 전극 조립체(200)의 구조적 안정성이 확보될 수 있다.
또한, 세퍼레이터와 전극판의 접착을 위해 가열 시 세퍼레이터의 단부가 수축하더라도 유기 용제로 이루어진 충격 흡수부가 세퍼레이터의 단부를 고정하고 있어 충격 흡수부가 없는 구조보다 세퍼레이터의 수축율이 낮아진다. 또한, 충격 흡수부에 의해 각 세퍼레이터의 단부가 수축되더라도 유사한 수준으로 일정량 수축하게 된다. 이러한 세퍼레이터의 수축이 발생하더라도 전극판보다 작게 수축되지는 못하므로 전극 조립체의 측면 열처리 시 극판의 정렬이 불량하더라도 세퍼레이터의 수축량을 일정하게 조절할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 이차전지 100: 케이스
200: 전극 조립체 210: 제1 전극판
212: 제1 전극 기재탭 230: 제2 전극판
232: 제2 전극 기재탭 250: 세퍼레이터
300: 리드 터미널 400: 충격 흡수부

Claims (7)

  1. 제1 전극판 및 제2 전극판, 상기 제1 전극판 및 제2 전극판의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비한 스택 타입의 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 전극 조립체의 적어도 일측에 구비되어 충격 흡수 및 상기 세퍼레이터의 꺾임을 방지하는 충격흡수부를 포함하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터의 크기는 상기 제1 전극판 및 제2 전극판의 크기보다 큰 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 충격 흡수부는 상기 세퍼레이터의 단부에 구비되는 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 충격 흡수부는 유기 용제인 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 충격 흡수부가 복수의 상기 세퍼레이터의 단부를 접착하는 이차전지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 유기 용제는 절연성, 전해액에 반응하지 않는 비반응성, 접착성을 갖는 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유기 용제는 PP, PE, PTFE, EPDM, PVdF, 아크릴, 고무(Rubber)계열의 접착제 중 어느 하나인 이차전지.

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