KR20240027297A - 리튬 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 상기 리튬 이차전지는 복수개의 전극 리드를 포함하는 적층형 전극 조립체(stacked electrode)를 포함하여 전지 내부의 저항이 낮을 뿐만 아니라, 각각 1개 이상의 제1 전극 단자와 제2 전극 단자를 상부캡의 상면부 및/또는 캡 측면부에 선택적으로 배치할 수 있으므로 전극 단자의 위치 변경이 용이하여 전지 모듈 구성 시 설계 자유도가 높은 이점이 있다.
Description
본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 상세하게는 전지 내부 저항이 낮고 전지 모듈 구성 시 설계 자유도가 높은 각형 리튬 이차전지에 관한 것이다.
충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 다양한 첨단 분야에 적용하기 위하여 활발한 연구가 행해졌고 상용화되어 널리 이용되고 있다.
특히, 최근에는 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 대용량 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 대용량 고출력 이차 전지는 전력 저장용이나 대전력을 필요로 하는 기기에 사용될 수 있도록 다수의 전지셀을 직ㆍ병렬로 연결하여 고출력의 전지 모듈 형태로 구성되는 것이 일반적이다.
한편, 이와 같은 전지셀은 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 및 파우치형 등을 들 수 있으며, 고출력이 요구되는 중대형 모듈에서는 고용량을 확보하기가 비교적 용이한 원통형 및 각형 전지가 일반적으로 사용되고 있다.
또한, 상기 전지셀은 양극 및 음극 사이에 절연체인 분리막을 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 상기 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 이때, 상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이들 단자는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 돌출되어 형성된다.
이와 같이 구성된 전지 셀을 전기적으로 연결하여 중대형 전지 모듈을 형성하는 경우, 종래와 같은 구조에서는 일방향으로 전극 단자가 고정되기 때문에 단자를 연결하기 위한 별도의 공간이 필요하다. 이로 인해, 전지 모듈의 부피가 커지고, 전극 단자가 위치하는 상부로 전지 모듈의 회로 구성 등을 배치할 수 밖에 없어 전지 모듈을 구성하는데 유연성이 떨어져서 사용자의 선택성이 매우 제한되는 문제점이 있다. 또한, 상기와 같이 전극 단자가 전지 셀의 상부로 돌출된 전지 셀을 나란히 배치하여 모듈을 구성하는 경우, 전지 모듈의 높이가 높아지기 때문에 이를 전기 자동차에 적용하는 경우 차체의 높이가 높아질 수 밖에 없는 문제점도 있다.
나아가, 도 1은 종래 원통형 및 각형 전지의 구조를 나타낸 사시도로서, 상기 전지들에 적용되는 전극 조립체는 젤리롤 형태의 것이 사용되는데, 이 경우 구조적 제한으로 인해 각각 1개의 양극 리드와 음극 리드를 외부로 돌출될 수 밖에 없으므로, 복수의 전극 리드가 도입되는 경우와 대비하여 전지 내부에서 발생되는 저항이 큰 한계가 있다.
따라서, 전지의 내부 저항을 저감시킬 수 있으면서 전극 단자의 위치 변경이 용이하여 전지 모듈 구성 시 설계 자유도가 높은 이차전지의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 전지의 내부 저항을 저감시킬 수 있으면서 전극 단자의 위치 변경이 용이하여 전지 모듈 구성 시 설계 자유도가 높은 이차전지를 제공하는데 있다.
상술된 문제를 해결하기 위하여,
본 발명은 일실시예에서,
제1 전극, 제2 전극 및 분리막을 포함하는 적층형 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스를 포함하고,
상기 케이스는,
제1 측면 내지 제4 측면의 일단이 순차적으로 결합되는 본체 측면부와 상기 측면들의 하단에 결합되는 하면부를 포함하는 본체; 및
상기 본체의 제1 측면 내지 제4 측면에 대응하도록 A측면 내지 D측면의 일단이 순차적으로 결합되는 캡 측면부와 상기 측면들의 상단에 결합되는 상면부를 포함하여, 상기 본체의 개방 상단부에 결합되는 상부캡을 포함하며,
상기 상부 캡은 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자를 구비하되, 상기 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자는 각각 상면부 및 캡 측면부 중 어느 하나 이상에 마련되는 리튬 이차전지를 제공한다.
하나의 예로서, 상기 상부캡은 상부면에 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자를 포함하고; 캡 측면부의 A측면 및 C측면에 각각 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자를 포함하거나, 캡 측면부의 A측면 또는 C측면에 제2 전극 단자만을 포함할 수 있다.
다른 하나의 예로서, 상기 상부캡은 상면부에 제1 전극 단자를 포함하고; 캡 측면부의 A측면 및 C측면에 각각 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자를 포함하거나, 캡 측면부의 A측면 또는 C측면에 제2 전극 단자만을 포함할 수 있다.
또한, 상기 본체는 제1 측면과 제3 측면에 각각 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드가 노출되기 위한 리드 관통부를 상부에 구비할 수 있다.
아울러, 상기 리드 관통부는 제1 측면 및 제3 측면의 하단부를 기준으로 높이가 1/2 내지 4/5가 되는 지점에서부터 상단까지 형성될 수 있다.
또한, 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드의 외주변과 리드 관통부의 내주변 사이에 게재되는 실링부를 포함할 수 있다.
이와 더불어, 상기 상부캡의 A측면 및 C측면은 본체의 리드 관통부를 덮는 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체는 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극이 교대로 적층되고 제1 전극과 제2 전극 사이에 분리막이 개재된 적층 구조를 갖고, 각 제1 전극 및 제2 전극은 케이스 삽입 시 본체의 개방 상단부에 위치하는 일측면 및 이와 인접한 면에 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 각각 1개 이상 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 전극과 제2 전극은 각각 전극 활성층을 포함하되, 상기 전극 활성층은 본체 삽입 시 리드 관통부보다 낮은 높이에 위치할 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 복수개의 전극 리드를 포함하는 적층형 전극 조립체(stacked electrode)를 포함하여 전지 내부의 저항이 낮을 뿐만 아니라, 각각 1개 이상의 제1 전극 단자와 제2 전극 단자를 상부캡의 상면부 및/또는 캡 측면부에 선택적으로 배치할 수 있으므로 전극 단자의 위치 변경이 용이하여 전지 모듈 구성 시 설계 자유도가 높은 이점이 있다.
도 1은 종래 리튬 이차전지의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3은 상부캡에 마련된 제1 전극 단자와 제2 전극 단자의 위치를 나타낸 개략도이다.
도 4 및 도 5는 전극 조립체의 전극 리드 존재 여부에 따른 실링부 형태를 도시한 구조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3은 상부캡에 마련된 제1 전극 단자와 제2 전극 단자의 위치를 나타낸 개략도이다.
도 4 및 도 5는 전극 조립체의 전극 리드 존재 여부에 따른 실링부 형태를 도시한 구조도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부 뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
리튬 이차전지
본 발명은 일실시예에서,
제1 전극, 제2 전극 및 분리막을 포함하는 적층형 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스를 포함하고,
상기 케이스는 제1 측면 내지 제4 측면의 일단이 순차적으로 결합되는 본체 측면부와 상기 측면들의 하단에 결합되는 하면부를 포함하는 본체; 및 상기 본체의 제1 측면 내지 제4 측면에 대응하도록 A측면 내지 D측면의 일단이 순차적으로 결합되는 캡 측면부와 상기 측면들의 상단에 결합되는 상면부를 포함하여, 상기 본체의 개방 상단부에 결합되는 상부캡을 포함하며,
상기 상부 캡은 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자를 구비하되, 상기 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자는 각각 상면부 및 캡 측면부 중 어느 하나 이상에 마련되는 리튬 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 제1 전극, 제2 전극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체와 전해질이 수용된 케이스를 포함하는 구조를 가지며, 이때, 상기 전극 조립체는 적층형 전극 조립체에 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드 중 어느 하나 이상이 복수개로 도입됨으로써 전지 내부의 저항을 보다 낮출 수 있다. 또한, 이러한 복수의 전극 리드는 전지의 상면부 또는 측면부에 마련된 전극 단자와 전기적으로 연결시킬 수 있으므로 전극 단자의 위치 변경이 용이하여 전지 모듈 구성 시 설계 자유도가 높은 이점이 있다.
도 2는 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도로서, 도 2를 참고하여 상기 리튬 이차전지를 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 리튬 이차전지(100)는 복수의 제1 전극(121)와 복수의 제2 전극(122)이 교대로 적층되고 이들 사이에 분리막이 개재된 전극 조립체(120)를 포함한다.
상기 제1 전극(121)과 제2 전극(122)은 각각 양극 또는 음극일 수 있으며, 경우에 따라서는 각각 음극 또는 양극으로 이해될 수도 있다. 여기서, 상기 양극은 알루미늄 등을 포함하는 양극 집전체의 적어도 일면에 양극활물질을 포함하는 양극 활성층을 포함하고, 상기 양극 활성층이 형성되지 않은 양극 집전체의 무지부로부터 연장된 양극탭을 포함한다. 또한, 상기 음극은 구리 등을 포함하는 음극 집전체의 적어도 일면에 음극활물질을 포함하는 음극 활성층을 포함하고, 상기 음극 활성층이 형성되지 않은 음극 집전체의 무지부로부터 연장된 음극탭을 포함한다. 복수의 양극탭과 복수의 음극탭은 각각 서로 용접되어 양극 리드 및 음극 리드를 구성할 수 있다. 아울러, 상기 분리막은 다공성 박막으로 이루어지는데, 예를 들면, 폴리올레핀계 수지로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체(120)는 복수의 제1 전극 리드(121a, 121b)와 제2 전극 리드(122a, 122b)를 전극 조립체(120)에 1개 이상 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 전극 조립체(120)는 케이스 삽입 시 본체(110)의 상단부에 위치하는 일측면과 이에 인접한 면에 제1 전극 리드(121a, 121b)와 제2 전극 리드(122a, 122b)를 각각 1개 이상 포함할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 제1 전극(121)과 제2 전극(122)은 케이스 삽입 시 본체(110)의 상단부에 위치하는 일측면에 제1 전극 리드(121a)과 제2 전극 리드(122a)를 각각 포함하고, 동시에 상기 일측면의 인접한 면에 제1 전극 리드(121b) 및/또는 제2 전극 리드(122b)를 더 포함할 수 있다.
다른 하나의 예로서, 상기 제1 전극(121)과 제2 전극(122)은 케이스 삽입 시 본체(110)의 상단부에 위치하는 일측면에 제1 전극 리드(121a) 또는 제2 전극 리드(122a)를 포함하고, 동시에 상기 일측면의 인접한 면에 제1 전극 리드(121b) 및/또는 제2 전극 리드(122b)를 더 포함할 수 있다. 이때, 케이스 삽입 시 본체(110)의 상단부에 위치하는 일측면에 제1 전극 리드(121a)를 포함하는 경우 상기 일측면에 인접한 면에는 제2 전극 리드(122b)를 포함할 수 있고; 상기 일측면에 제2 전극 리드(122a)를 포함하는 경우 상기 일측면에 인접한 면에는 제1 전극 리드(121b)를 포함할 수 있다.
본 발명은 전극 조립체(120)에 제1 전극(121)과 제2 전극(122)에 대한 전극 리드를 1개 이상 도입함으로써 충방전 시 전지 내부의 저항을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 리튬 이차전지(100)는 전극 조립체(120) 및 상기 전극 조립체(120)를 수납하는 케이스를 포함하고, 상기 케이스는 원통형이나 각형 등의 다양한 형태의 전지캔이 적용될 수 있다. 하나의 예로서, 상기 케이스는 각형 전지캔이 적용될 수 있다.
여기서, 상기 케이스는 딥드로잉 방식에 의해 제작되거나 설계도를 따라 조립되어 제작되는 본체(110)와 상부캡(130)을 포함하고, 상기 상부캡(130)은 본체(110)의 개방 상단부 외측으로 포개지는 형태로 초음파 용접이나 레이저 용접되어 내부를 밀폐시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 본체(110)는 전극 조립체(120)와 전해질(미도시)을 수용하기 위한, 개방 상단에 대응하는 형상의 장방형 구조물로서, 제1 측면(111a) 내지 제4 측면(111d)의 일단이 순차적으로 결합되어 구성되는 본체 측면부(111)와 상기 본체 측면부(111)의 하단에 결합되는 하면부(미도시)를 포함하는 구조를 갖는다.
또한, 상기 본체(110)는 제1 측면(111a)과 제3 측면(111c)에 각각 제1 전극 리드(121b)와 제2 전극 리드(122b)가 노출되기 위한 리드 관통부(112)를 상부에 구비할 수 있다. 구체적으로, 앞서 설명된 전극 조립체(120)는 전지 내부의 저항을 저감시키기 위하여 케이스에 삽입 시 본체(110)의 개방 상단부에 위치하는 일측면과 이와 인접한 면, 즉 본체의 제1 측면(111a)과 제3 측면(111c) 중 어느 하나 이상에 제1 전극 리드(121a, 121b)와 제2 전극 리드(122a, 122b)가 위치하게 되는데, 이때 상기 제1 측면(111a)과 제3 측면(111c)은 이들 중 어느 하나 이상에 위치하게 되는 제1 전극 리드(121b)와 제2 전극 리드(122b)의 노출을 위하여 리드 관통부(112)를 구비할 수 있다.
상기 리드 관통부(112)는 제1 측면(111a)과 제3 측면(111c)의 상부에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리드 관통부는 제1 측면(111a)과 제3 측면(111c)의 하단부를 기준으로 중간 이상의 높이, 예컨대, 제1 측면(111a)과 제3 측면(111c)의 하단부를 기준으로 높이가 1/2 내지 4/5가 되는 지점, 구체적으로는 3/5 내지 4/5가 되는 지점에서부터 상단까지 형성될 수 있다.
본 발명은 리드 관통부(112)의 위치를 상기와 같이 제어함으로써 본체(110) 내부에 수용된 전해액이 외부로 누출되지 않도록 함과 동시에 전지 모듈 구성 시 측면에 배치되는 전극 단자들의 낮은 높이로 인해 전지 모듈의 회로 구성의 단점을 개선할 수 있다.
또한, 상기 리드 관통부(112)는 실링부(113)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 전극 조립체(120)의 케이스 삽입 시 본체의 제1 측면(111a)과 제3 측면(111c)에 대응하는 일측에 전극 리드를 구비하는 경우 전극 리드를 보다 견고하게 고정하기 위하여 전극 리드(예컨대, 제1 전극 리드 및/또는 제2 전극 리드)의 외주변과 리드 관통부의 내주변 사이를 메우는 실링부(113)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 실링부(113)는 전극 리드가 중간에 삽입되도록 리드 관통부(112)를 따라 본체(110) 상단면에서부터 절개된 구조를 가질 수 있으며, 상기 절개선(114)을 따라 전극 리드는 삽입될 수 있다.
아울러, 상기 실링부(113)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 전극 조립체(120)의 케이스 삽입 시 본체의 제1 측면(111a)과 제3 측면(111c)에 대응하는 일측에 전극 리드를 구비하지 않는 경우 본체(110)에 수용된 전해질의 누액을 1차적으로 방지하기 위하여 리드 관통부(112)의 내주변을 모두 메우는 형태로 구비될 수 있다.
상기 실링부(130)는 전극 리드의 삽입 시 전극 리드를 손상시키지 않으면서 견고하게 고정시키고, 전극 리드의 미삽입 시 리드 관통부(112)를 밀폐시키기 위하여 탄성 소재로 구성될 수 있다. 이러한 탄성 소재로는 당업계에서 통상적으로 적용되는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로는 에폭시, 실리콘, 실리콘계 고무, 스티렌계 고무, 부타디엔계 고무, 폴리우레탄, 연질 PVC 및 폴리프로필렌 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수지로 구성될 수 있다.
나아가, 상기 본체(110)의 개방 상단부에 결합되어 케이스를 밀봉시키는 상부캡은 캡 측면부와 상면부를 포함한다. 상기 캡 측면부(130a 내지 130d)는 본체의 제1 측면(111a) 내지 제4 측면(111d)에 대응하는 위치에서 일단이 순차적으로 결합되는 A측면(130a) 내지 D측면(130d)을 포함하고, 상기 캡 측면부의 상단에 상면부가 결합된다.
여기서, 상기 상부캡(130)은 상부캡의 A측면(130a) 및 C측면(130c)이 내측면에 위치하는 본체(110)의 리드 관통부(112)를 덮는 구조를 가질 수 있으며, 이와 같이 상기 리드 관통부가 상부캡의 A측면(130a) 및 C측면(130c)에 덮인 상태로 용접됨으로써 내부가 완전히 밀폐될 수 있다.
또한, 상기 상부캡은 제1 전극 단자(161a, 161b)와 제2 전극 단자(162a, 162b)가 구비되되, 상기 제1 전극 단자(161a, 161b)와 제2 전극 단자(162a, 162b)는 각각 상면부와 캡 측면부 중 어느 하나 이상에 마련된다.
구체적으로, 도 3에 나타낸 바와 같이 본체(110)에 삽입된 전극 조립체(120)의 제1 전극 리드(121a, 121b)와 제2 전극 리드(122a, 122b)와 전기적으로 각각 연결되는 제1 전극 단자(161a, 161b)와 제2 전극 단자(162a, 162b)를 포함하고, 상기 제1 전극 단자(161a, 161b)와 제2 전극 단자(162a, 162b)는 각각 제1 전극 리드(121a, 121b)와 제2 전극 리드(122a, 122b)의 위치에 대응되도록 각 전극 리드가 위치하는 상부캡(130)의 상면부 및 캡 측면부 중 어느 하나 이상에 마련될 수 있다. 앞서 설명된 전극 조립체는 전지 내부의 저항을 저감시키기 위하여 케이스에 삽입 시 본체(110)의 개방 상단부에 위치하는 일측면과 이와 인접한 면, 즉 본체의 제1 측면(111a)과 제3 측면(111c) 중 어느 하나 이상에 제1 전극 리드(121a, 121b)와 제2 전극 리드(122a, 122b)가 위치하게 되는데, 상기 제1 전극 리드(121a, 121b)와 제2 전극 리드(122a, 122b)가 마련된 위치에 각 제1 전극 단자(161a, 161b)와 제2 전극 단자(162a, 162b)가 마련되게 된다.
하나의 예로서, 상기 상부캡은 도 3의 (A) 및 (B)와 같이 상부면에 제1 전극 단자(161a) 및 제2 전극 단자(162a)를 포함하고; 이와 함께 캡 측면부의 A측면 및 C측면에 각각 제1 전극 단자(161b) 및 제2 전극 단자(162b)를 포함하거나, 캡 측면부의 A측면 또는 C측면에 제2 전극 단자(162b)만을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 상부캡은 상부면에 제1 전극 단자(161a)와 제2 전극 단자(162a)를 기본적으로 포함하므로, 각형 등의 전지캔을 적용한 종래 리튬 이차전지와 전지 회로 모듈을 동일하게 적용할 수 있으며, 측면부에 추가적인 전극 단자를 구비함으로써 전지 내부의 저항을 저감시킬 수 있다.
다른 하나의 예로서, 상기 상부캡(130)은 도 3의 (C) 및 (D)와 같이 상면부에 제1 전극 단자(161a)를 포함하고; 이와 함께 캡 측면부의 A측면(130a) 및 C측면(130c)에 각각 제1 전극 단자(161b) 및 제2 전극 단자(162b)를 포함하거나, 캡 측면부의 A측면(130a) 또는 C측면(130c)에 제2 전극 단자(162b)만을 포함하라 수 있다.
이 경우, 상기 상부캡(130)은 상부면에 하나의 전극 단자를 구비하고, 상부면에 구비된 전극 단자에 대응하는 전하를 갖는 전극 단자를 측면부에 구비하는 구조로서, 상부면에 제1 전극 단자(161a)와 제2 전극 단자(162a)를 모두 구비하는 경우와 대비하여 전지 모듈의 설계 시 구조 자유도가 높은 이점이 있다.
한편, 상기 본체(110)와 상부캡(130)은 알루미늄, 니켈, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 본체(110)와 상부캡(130)은 전도성 금속 재질의 내측으로 전해질을 밀봉하면서 절연성을 나타내는 코팅층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅층은 불소 수지 등으로 포함하는 코팅층일 수 있다.
아울러, 상기 캡 플레이트(140)는 단자 통공(141a, 141b, 142a, 142b) 및 전해질 주입구(143)를 포함하여 형성되며, 상기 상부캡(130)의 상단 개구부에 용접되어 상기 상부캡(130)을 밀봉한다. 상기 단자 통공(141a, 141b, 142a, 142b)은 상기 캡 플레이트(140)의 양측면을 기준으로 1/3되는 지점에 형성되어 있으며, 상기 단자 통공(141a, 141b, 142a, 142b)에는 개스킷 튜브(151a, 151b, 152a, 152b)에 의해 절연된 전극 단자(161a, 161b, 162a, 162b)가 삽입된다. 상기 전해질 주입구(143)는 상기 캡 플레이트(140)의 일측에 형성되며, 볼(미개시)에 의해 밀봉된다. 이때, 상기 전해질 주입구(143)는 도 2와 같이 평면 형상이 원형상으로 형성될 수 있다. 도시되지 않았으나, 전해질 주입구(143)는 평면 형상이 타원 형상, 사각 형상 등으로 형성될 수 있으며, 여기서 전해질 주입구(143)의 평면 형상을 한정하는 것은 아니다. 상기 전해질 주입구(143)는 수직 단면 형상이 Y자 형상으로 형성될 수 있다. 도시되지 않았으나, 전해질 주입구(143)는 수직 단면 형상이 11자형 등으로 형성될 수 있으며, 여기서 전해질 주입구(143)의 수직 단면 형상을 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 상술된 구성을 가짐으로써 전지 내부의 저항이 낮을 뿐만 아니라, 전극 단자의 위치 변경이 용이하여 전지 모듈 구성 시 설계 자유도가 높은 이점이 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실시예.
먼저, 양극 및 음극을 각각 40개씩 준비하고, 분리막으로서 상기 양극 및 음극보다 넓은 다공성 폴리에틸렌 분리막(가로 9.5㎝ × 세로 34.5㎝, 평균 두께 약 20㎛)을 81개 준비하였다. 준비된 양극과 음극을 교대 적층하고 이들 사이와 최외각 면에 분리막을 배치시켜 적층형 전극 조립체를 제조하였다. 그런 다음, 제조된 전극 조립체를 각형 케이스(가로 10㎝ × 세로 35㎝ × 두께 1.6㎝)에 삽입하고, 전해질을 주입하여 리튬 이차전지를 제작하였다.
이때, 상기 전해질은 에틸렌 카보네이트(Ethylene Carbonate, EC)와 에틸메틸 카보네이트(Ethyl Methyl Carbonate, EMC)가 3:7의 부피비로 혼합된 유기 용매에 리튬 염으로서 LiPF6가 1M 농도로 첨가된 액상 전해질을 사용하였으며, 전해질의 높이는 각 전극의 활성층이 충분히 함침되도록 주입되되 각형 케이스의 리드 관통부보다는 낮게 조절되었다.
또한, 사용된 각형 케이스는 도 2의 구조를 갖되, 도 3에 나타낸 바와 같이 조절되었으며, 각 케이스의 전극 단자는 이에 대응하는 전극 조립체의 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드와 전기적으로 연결되었다.
| 전극 단자 배치 | |
| 실시예 1 | 도 3의 (A)구조 |
| 실시예 2 | 도 3의 (B)구조 |
| 실시예 3 | 도 3의 (C)구조 |
| 실시예 4 | 도 3의 (D)구조 |
| 실시예 5 | 도 3의 (E)구조 |
비교예 1.
젤리롤형 전극 조립체를 포함하고, 도 1의 구조를 갖는 각형 케이스를 사용하는 것을 제외하고, 실시예와 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제작하였다. 다만, 상기 전극 조립체의 음극 및 양극에 각각 구비된 활물질층의 조성(구성성분 및 함량)과 로딩량은 실시예 1과 동일하게 조절되었다.
실험예.
본 발명에 따른 리튬 이차전지의 전지 저항을 평가하기 위하여, 실시예 및 비교예에서 제작된 각 리튬 이차전지를 각각 4.25V 전압 조건 하에서 SOC 100%로 만충전하였다. 그런 다음, 만충전된 각 리튬 이차전지의 DC 저항을 측정하고, 비교예 1의 리튬 이차전지의 DC 저항값을 기준으로 각 리튬 이차전지의 DC 저항 편차율을 산출하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 전극 단자 배치 | DC 저항 편차율 [%] | |
| 비교예 1 | 도 1의 구조 | - |
| 실시예 1 | 도 3의 (A)구조 | -5.4 |
| 실시예 2 | 도 3의 (B)구조 | -2.8 |
| 실시예 3 | 도 3의 (C)구조 | -3.1 |
| 실시예 4 | 도 3의 (D)구조 | -1.1 |
| 실시예 5 | 도 3의 (E)구조 | -0.5 |
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 전지 내부 저항이 낮음을 알 수 있다. 이는 복수의 전극탭을 갖는 적층형 전극 조립체를 포함함으로써 충방전 시 발생되는 저항이 낮아짐을 의미한다.
이상에서는 본 발명 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
1: 종래 리튬 이차전지
10: 케이스
21: 제1 전극 리드 22: 제2 전극 리드
30: 상부캡 31: 제1 전극 리드용 홀
32: 제2 전극 리드용 홀 33: 전해질 주입용 홀
40: 캡 플레이트 41: 단자 통공
42: 전해질 주입구 50: 가스캣 튜브
60: 전극 단자
100: 본 발명에 따른 리튬 이차전지
110: 본체
111a, 111b, 111c, 111d: 제1 측면, 제2 측면, 제3 측면, 제4 측면
112: 리드 관통부 113: 실링부
114: 절개선 120: 전극 조립체
121: 제1 전극 121a, 121b: 제1 전극 리드
122: 제2 전극 122a, 122b: 제2 전극 리드
130: 상부캡
130a, 130b, 130c, 130d: A측면, B측면, C측면, D측면
131: 제1 전극 리드용 홀 132: 제2 전극 리드용 홀
133: 전해질 주입용 홀
140: 캡 플레이트
141a, 141b: 제1 전극 단자용 통공
142a, 142b: 제2 전극 단자용 통공
143: 전해질 주입구
151a, 151b: 제1 전극 단자용 가스캣 튜브
152a, 152b: 제2 전극 단자용 가스캣 튜브
161a, 161b: 제1 전극 단자
162a, 162b: 제2 전극 단자
21: 제1 전극 리드 22: 제2 전극 리드
30: 상부캡 31: 제1 전극 리드용 홀
32: 제2 전극 리드용 홀 33: 전해질 주입용 홀
40: 캡 플레이트 41: 단자 통공
42: 전해질 주입구 50: 가스캣 튜브
60: 전극 단자
100: 본 발명에 따른 리튬 이차전지
110: 본체
111a, 111b, 111c, 111d: 제1 측면, 제2 측면, 제3 측면, 제4 측면
112: 리드 관통부 113: 실링부
114: 절개선 120: 전극 조립체
121: 제1 전극 121a, 121b: 제1 전극 리드
122: 제2 전극 122a, 122b: 제2 전극 리드
130: 상부캡
130a, 130b, 130c, 130d: A측면, B측면, C측면, D측면
131: 제1 전극 리드용 홀 132: 제2 전극 리드용 홀
133: 전해질 주입용 홀
140: 캡 플레이트
141a, 141b: 제1 전극 단자용 통공
142a, 142b: 제2 전극 단자용 통공
143: 전해질 주입구
151a, 151b: 제1 전극 단자용 가스캣 튜브
152a, 152b: 제2 전극 단자용 가스캣 튜브
161a, 161b: 제1 전극 단자
162a, 162b: 제2 전극 단자
Claims (9)
- 제1 전극, 제2 전극 및 분리막을 포함하는 적층형 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스를 포함하고,
상기 케이스는,
제1 측면 내지 제4 측면의 일단이 순차적으로 결합되는 본체 측면부와 상기 측면들의 하단에 결합되는 하면부를 포함하는 본체; 및
상기 본체의 제1 측면 내지 제4 측면에 대응하도록 A측면 내지 D측면의 일단이 순차적으로 결합되는 캡 측면부와 상기 측면들의 상단에 결합되는 상면부를 포함하여, 상기 본체의 개방 상단부에 결합되는 상부캡을 포함하며,
상기 상부 캡은 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자를 구비하되, 상기 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자는 각각 상면부 및 캡 측면부 중 어느 하나 이상에 마련되는 리튬 이차전지.
- 제1항에 있어서,
상부캡은,
상부면에 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자를 포함하고,
캡 측면부의 A측면 및 C측면에 각각 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자를 포함하거나,
캡 측면부의 A측면 또는 C측면에 제2 전극 단자만을 포함하는 리튬 이차전지.
- 제1항에 있어서,
상부캡은,
상면부에 제1 전극 단자를 포함하고,
캡 측면부의 A측면 및 C측면에 각각 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자를 포함하거나,
캡 측면부의 A측면 또는 C측면에 제2 전극 단자만을 포함하는 리튬 이차전지.
- 제1항에 있어서,
본체는 제1 측면과 제3 측면에 각각 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드가 노출되기 위한 리드 관통부를 상부에 구비하는 리튬 이차전지.
- 제4항에 있어서,
리드 관통부는 제1 측면 및 제3 측면의 하단부를 기준으로 높이가 1/2 내지 4/5가 되는 지점에서부터 상단까지 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제4항에 있어서,
제1 전극 리드 및 제2 전극 리드의 외주변과 리드 관통부의 내주변 사이에 게재되는 실링부를 포함하는 리튬 이차전지.
- 제1항에 있어서,
상부캡의 A측면 및 C측면은 본체의 리드 관통부를 덮는 구조를 갖는 리튬 이차전지.
- 제1항에 있어서,
전극 조립체는 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극이 교대로 적층되고 제1 전극과 제2 전극 사이에 분리막이 개재된 적층 구조를 갖고,
각 제1 전극 및 제2 전극은 케이스 삽입 시 본체의 개방 상단부에 위치하는 일측면 및 이와 인접한 면에 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 각각 1개 이상 포함하는 리튬 이차전지.
- 제1항에 있어서,
제1 전극과 제2 전극은 각각 전극 활성층을 포함하되, 상기 전극 활성층은 본체 삽입 시 리드 관통부보다 낮은 높이에 위치하는 리튬 이차전지.
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