WO2013002621A2 - 접촉저항이 개선된 이차전지 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery having improved electrical structure, and more particularly, to a secondary battery implemented to reduce the contact resistance by improving the structure of the electrode tab and the lead.
  • a secondary battery unlike a primary battery that cannot be charged, means a battery that can be charged and discharged, and is widely used in electronic devices such as mobile phones, notebook computers, camcorders, or electric vehicles.
  • the lithium secondary battery has an operating voltage of about 3.6V, and has a capacity of about three times that of a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery, which is widely used as a power source for electronic equipment, and has a high energy density per unit weight. The degree is increasing rapidly.
  • Such lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively.
  • the lithium secondary battery includes a cell assembly in which a unit cell having a structure in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with the positive electrode active material and the negative electrode active material are respectively disposed with a separator interposed therebetween, and an exterior case for sealing and storing the cell assembly together with the electrolyte solution. Equipped.
  • Lithium secondary batteries are classified into can-type secondary batteries in which a cell assembly is embedded in a metal can and pouch-type secondary batteries in which a cell assembly is embedded in a pouch case of an aluminum laminate sheet according to the shape of an outer case.
  • Pouch-type secondary batteries have been in the spotlight as power sources of electric vehicles and hybrid vehicles because of their low manufacturing cost, high energy density, and easy configuration of large-capacity battery packs through series or parallel connection.
  • the pouch type secondary battery has a structure in which a cell assembly to which an electrode lead made of a plate shape is connected is sealed together with an electrolyte solution in a pouch case. A portion of the electrode lead is exposed to the outside of the pouch case, the exposed electrode lead is used to electrically connect to the device on which the secondary battery is mounted, or to electrically connect the secondary batteries with each other.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of a conventional pouch-type lithium secondary battery
  • Figure 2 is a perspective view showing the appearance of a conventional pouch-type lithium secondary battery.
  • the conventional pouch type lithium secondary battery 10 includes an electrode assembly 30, a plurality of electrode tabs 40 and 50 extending from the electrode assembly 30, and electrode tabs ( The electrode leads 60 and 70 are welded and coupled to the 40 and 50, and the pouch sheath 20 for accommodating the electrode assembly 30 is configured.
  • the electrode assembly 30 is a power generator in which a positive electrode and a negative electrode are sequentially stacked in a state where a separator is interposed therebetween.
  • the electrode assembly 30 has a stack type, a jelly roll type, or a stack / fold type structure.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2009-88761 (name: secondary battery including a jelly-roll type electrode assembly) and Korean Laid-Open Patent No. 2007-47377 An arc (name: rectangular secondary battery containing a jelly-roll type electrode assembly) is mentioned.
  • the electrode assembly 30 of the stack / foldable structure or the secondary battery 10 including the electrode assembly 30 may include Korean Patent Publication No. 2008-36250 (name: Mixed stack and folding electrode assembly and the same). Secondary battery) and Korean Patent No. 0987300 (name: Stack-Folding Electrode Assembly and Manufacturing Method Thereof).
  • the electrode tabs 40, 50 extend from each pole plate of the electrode assembly 30, and the electrode leads 60, 70 are electrically connected to each of the plurality of electrode tabs 40, 50 extending from each pole plate by welding. And, the pouch is coupled to the form exposed to the outside of the exterior material 20.
  • the pouch packaging material 20 is made of a soft packaging material such as an aluminum laminate sheet, a space for accommodating the electrode assembly 30 is formed, and has a pouch shape as a whole.
  • an ultrasonic welding technique having a good heat-affected zone (HAZ) and easy welding of thin metal foil is mainly used.
  • the ultrasonic welding is a technique for generating ultrasonic vibration of 10kHz ⁇ 75kHz, and welding the metal through the ultrasonic vibration friction heat between the metals. That is, when ultrasonic vibration is applied by the ultrasonic welding apparatus while the electrode tabs 40 and 50 and the electrode leads 60 and 70 are in contact with each other, between the electrode tabs 40 and 50 and the electrode leads 60 and 70. Friction heat is generated at the contact surface, and the friction heat causes the electrode tabs 40 and 50 and the electrode leads 60 and 70 to be welded to each other.
  • the anode structure (40, 60) and the cathode structure (50, 70) is generally formed of a material of different properties
  • the anode structure (40, 60) is mainly used aluminum
  • the cathode structure (50, 70) ) Is generally used copper or nickel plated copper. That is, the positive electrode tab 40 and the positive electrode lead 60 are formed of aluminum, and the negative electrode tab 50 and the negative electrode lead 70 are formed of copper or nickel plated copper.
  • the conventional lithium secondary battery 10 uses aluminum metal as described above for the positive electrode.
  • the aluminum metal used has a 1.39v oxidation potential and is thermodynamically unstable, so that a thermodynamically stable aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is formed on the surface. These oxides are stable in air, making them resistant to corrosion reactions.
  • Aluminum oxide does not have free electrons and therefore does not have electrical conductivity. Therefore, the conventional anode lead and the anode tab have a surface treatment to improve this, but the resistance is high due to the low electrical conductivity has a problem of generating a lot of additional heat in the charge and discharge reaction.
  • the metal anode of the aluminum anode is oxidized, and the electrical conductivity decreases, and the heat generation phenomenon caused by the increase in resistance due to the decrease in the electrical conductivity causes side reactions inside the battery, causing the performance of the overall lithium secondary battery to degrade.
  • the present invention has been made to solve the above problems, by improving the structure of the lead used in the secondary battery in relation to the tab connected electrically, to realize higher applicability to a high capacity secondary battery, increasing the resistance It is an object of the present invention to provide a secondary battery that can cope with and partially generate heat and thereby decrease the performance of the battery.
  • a secondary battery having improved contact resistance includes an electrode assembly including an anode plate having a positive electrode tab, a negative electrode plate having a negative electrode tab, and a separator; A battery case accommodating the electrode assembly; And a negative electrode lead electrically connected to the negative electrode tab, wherein the battery case is sealed by accommodating the electrode assembly, and the negative electrode lead and the positive electrode tab are exposed to the outside of the battery case.
  • a portion exposed to the outside of the sealed battery case is plated with a metal having higher electrical conductivity than the positive electrode tab.
  • a portion exposed to the outside of the sealed battery case is plated with copper (Cu).
  • a positive electrode lead electrically connected to the positive electrode tab exposed to the outside of the sealed battery case.
  • the anode lead is preferably made of copper metal (Cu).
  • anode lead is preferably in the form of a bus bar.
  • the positive lead is electrically connected to the positive electrode tab by welding.
  • an insulating film is attached to a portion where the negative electrode lead and the positive electrode tab contact when the battery case is sealed.
  • the battery case it is preferable that the electrolyte is filled and sealed together with the electrode assembly accommodating.
  • the positive electrode plate and the positive electrode tab is made of aluminum metal (Al), the negative electrode plate and the negative electrode tab is preferably made of a copper metal (Cu).
  • the positive electrode tab is formed by stacking a plurality of electrode tabs respectively connected to the positive electrode plate, and the plurality of electrode tabs are preferably bonded to each other by welding in a stacked state.
  • the plurality of electrode tabs are bonded through line welding crossing the width direction, and the positive electrode tabs preferably have at least one line-shaped adhesive portion.
  • the plurality of electrode tabs are preferably bonded by point welding.
  • the adhesive portion of the positive electrode tab is positioned to be included in a battery case bonding surface to which the positive electrode tab contacts when sealing the battery case.
  • the aluminum positive electrode tab of the secondary battery is configured to be exposed to the outside of the battery case, and copper is plated on the exposed positive electrode tab to prevent an increase in resistance caused by aluminum oxidation, thereby providing an effect of reducing heat generation. .
  • the metals of the positive electrode tab and the negative electrode tab in the battery case included in the electrolyte maintain different materials to maintain the redox potential effect, while plating the copper lead or copper lead on the portion of the positive electrode tab exposed to the outside of the battery case. It provides the effect of reducing contact resistance and improving heat generation by welding.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of a conventional pouch type lithium secondary battery.
  • Figure 2 is a perspective view showing the appearance of a conventional pouch-type lithium secondary battery.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating internal components of a secondary battery having improved contact resistance according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view illustrating a configuration of an electrode lead part of a secondary battery having improved contact resistance according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a cross section of the positive electrode tab exposed to the outside of the secondary battery with improved contact resistance according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a positive electrode configuration of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing infrared photographs of a secondary battery having improved contact resistance and a conventional secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view illustrating conversion of infrared photographs of a secondary battery having improved contact resistance and a conventional secondary battery according to an embodiment of the present invention into a dat file.
  • FIG. 9 is a view showing a structure for welding the positive electrode tab of the secondary battery with improved contact resistance according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view illustrating a welding portion of a positive electrode tab of a secondary battery having improved contact resistance according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view illustrating a structure in which a positive electrode tab and a battery case of a secondary battery having improved contact resistance according to an embodiment of the present invention are bonded to each other.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating an internal component of a secondary battery having improved contact resistance according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an electrode lead portion of the secondary battery having improved contact resistance according to an embodiment of the present invention
  • 5 is a partial enlarged cross-sectional view illustrating a cross section of the positive electrode tab exposed to the outside of the secondary battery having improved contact resistance according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 100 having improved contact resistance includes an electrode assembly 101, an anode tab 110 as an electrode tab, a cathode tab 120, and a cathode lead as an electrode lead. 130, an insulating film 140, and a battery case 150.
  • the electrode assembly 101 has a structure in which a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator of a predetermined type interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate are alternately stacked.
  • the electrode assembly 101 may be variously applied to a winding type, a stack type, a stack / fold type, and the like according to an embodiment.
  • the positive electrode plate is mainly made of aluminum (Al) material, carbon, nickel, titanium, silver (Silver steel, nickel (Ni), titanium (Ti), calcined carbon (C) or on the surface of aluminum (Al) or stainless steel) Surface treatment with Ag) may be used, and any material having high conductivity without causing chemical change in the secondary battery may be used without limitation.
  • One or more positive electrode tabs 110 are provided in a portion of the positive electrode plate, and the positive electrode tab 110 may be formed in a form in which the positive electrode plate extends, and a member of a conductive material is welded to a predetermined portion of the positive electrode plate. It may also be configured in the form of bonding, and may also be produced by a variety of methods, such as a method of applying and drying the positive electrode material on a portion of the outer peripheral surface of the positive electrode plate.
  • the cathode plate corresponding to the positive electrode plate is mainly copper (Cu) material is used, stainless steel, aluminum (Al), nickel (Ni), titanium (Ti), calcined carbon (C), carbon on the surface of copper or stainless steel, The surface-treated with nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. can be used.
  • the negative electrode plate may be configured to form a fine concavo-convex structure on the surface, such as the positive electrode plate, to enhance the bonding strength of the active material, and may be implemented in various forms such as film, sheet, foil, porous body, foam, and nonwoven fabric. .
  • the negative electrode plate may also be provided with one or more negative electrode tabs 120 in some regions, and may be implemented in a form extending from the negative electrode plate as described above with the positive electrode tab 110. It may be combined by welding, or the like, and may be implemented by applying and drying a negative electrode material on a portion of the outer circumferential surface of the negative electrode plate.
  • the positive electrode tab 110 and the negative electrode tab 120 are composed of one or more for each polarity, and the one or more electrode tabs 110 and 120 converge in a predetermined direction.
  • the converged positive electrode tab 110 is formed to be extended to be connected to the outside, the negative electrode tab 120 is electrically connected to the negative electrode lead 130.
  • the secondary battery 100 prevents an increase in contact resistance and a heat generation phenomenon due to charge and discharge of a high current, and prevents a phenomenon in which aluminum metal is oxidized when the anode tab 110 is exposed to the outside, thereby decreasing electrical conductivity.
  • the anode tab 110 has a structure in which the anode tab 110 itself is extended to the outside without a lead connection of an aluminum metal material to the anode tab 110 using aluminum metal (Al).
  • Al aluminum metal
  • the other end portion of the positive electrode tab 110 extended to the outside exposed to the outside of the battery case 150 to be sealed later is provided with a plating portion 112 plated with a metal having high electrical conductivity.
  • the electrode assembly 101 is accommodated and the electrolyte is filled in the case.
  • the positive electrode tab 110 and the negative electrode tab 120 are mutually in the electrolyte. It should be made of different metal materials to maximize the redox potential difference and prevent side reactions due to the same metal material.
  • the secondary battery 100 is connected to the negative electrode tab 120 and the negative electrode lead 130 made of copper in the region sealed with the electrolyte in the battery case 150, the positive electrode tab made of aluminum 110 is configured such that only the positive electrode tab 110 is present without lead bonding.
  • the negative electrode tab 120, the negative electrode lead 130, and the positive electrode tab 110 made of aluminum may be formed of different metals, thereby maximizing a redox potential difference.
  • the contact resistance may be reduced.
  • the positive electrode tab 110 exposed to the outside of the case is plated with a metal of copper material having high electrical conductivity to form a plating part 112.
  • the copper negative electrode lead 130 exposed to the outside of the case is used as it is. Therefore, since both of the positive electrode tab 110 and the negative electrode lead 130 on which the plating part 112 is exposed to the outside of the case are made of a copper material having high electrical conductivity, there is a problem of electrical conductivity drop due to metal oxidation. You can prevent it.
  • the plating part 112 is an example in which a copper metal of a material having high electrical conductivity is plated, but the plating part 112 is not limited to copper metal and has high electrical conductivity such as gold, platinum, silver, and air. Of course, a variety of materials with little oxidation reaction may be used.
  • an insulating film 140 is attached to a portion where the case, the positive electrode tab 110, and the negative electrode lead 130 contact each other.
  • the insulating film 140 increases the adhesion between the positive electrode tab 110, the negative electrode lead 130, and the battery case 150 of the non-metal insulating material, and strengthens an insulation seal.
  • the negative electrode lead 130 may be nickel plated copper.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a positive electrode configuration of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • the configuration described as the positive electrode plate, the negative electrode plate, the electrode assembly, and the battery case together with the negative electrode tab and the negative electrode lead may be applied in the same manner as the above-described embodiment. Of course it can.
  • a secondary battery according to another embodiment of the present invention is formed by bonding a cathode lead 160 to an anode tab 110 exposed to the outside when the battery case 150 is sealed.
  • the positive lead 160 is bonded to one side of the positive electrode tab 110 exposed to the outside of the sealed battery case by welding, and is electrically connected to the positive electrode tab 110.
  • the anode lead 160 is bonded to the exposed anode tab 110 through ultrasonic welding through the ultrasonic welding machine 200.
  • anode lead 160 is illustrated as being bonded to one side of the anode tab 110 in the drawing, the present invention is not limited thereto, and anodes are formed on both sides of the anode tab 110 exposed outside the insulating film 140.
  • the leads 160 may be welded and joined, respectively. This may prevent the metal oxidation reaction that may occur when the anode tab 110 of the aluminum material is in contact with the air.
  • the anode lead 160 bonded to the anode tab 110 may be made of a metal having high electrical conductivity.
  • the anode lead 160 may be made of a metal made of copper.
  • the positive lead 160 bonded to the positive electrode tab 110 may take the form of a bus bar. That is, the other end of the positive electrode lead 160 and the negative electrode lead 130 which are exposed to the outside may be formed in the form of a bus bar, so that an electrode connection between other secondary batteries and an electrode connection with other electronic devices may be more easily performed.
  • the anode lead 160 of the bus bar type is also made of a copper metal having high electrical conductivity.
  • FIG. 7 is a view illustrating infrared photographs of a secondary battery having improved contact resistance and a conventional secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a secondary battery having improved contact resistance according to an embodiment of the present invention. And infrared ray photographs of conventional secondary batteries are converted into dat files and shown.
  • a secondary battery according to the present invention is a part referred to as (b), and a conventional secondary battery is located at a part referred to as (a).
  • Part (b1) and part (a1) are electrode connection parts of the present invention and the conventional secondary battery, respectively.
  • the secondary battery (b) in which copper is plated on the positive electrode tab exposed to the outside of the battery case or the positive electrode lead of copper metal is bonded to the conventional positive electrode lead made of aluminum It can be seen that the heat generation is relatively lower than the secondary battery (a) used.
  • the relatively low heat generation is because the contact resistance of the secondary battery as in the embodiment of the present invention is lower than that of the conventional secondary battery.
  • the amount of heat generated is significantly different between the electrode portion b1 of the secondary battery b according to the exemplary embodiment of the present invention and the electrode portion a1 of the conventional secondary battery (a).
  • the amount of heat delivered to the internal electrode assembly of the secondary battery there is a difference in the amount of heat delivered to the internal electrode assembly of the secondary battery, and this can be confirmed through experiments that a difference occurs in battery performance.
  • the secondary battery according to the embodiment of the present invention has a high temperature cycle performance than the conventional secondary battery. This is about 10% improvement.
  • an increase in resistance due to aluminum oxidation which is a problem occurring in the secondary battery using the conventional aluminum metal as the anode lead, can be solved through the copper plating and the copper metal anode lead structure as in the embodiment of the present invention.
  • the side reaction problem caused by the redox potential difference generated when both the positive electrode tab and the negative electrode tab having high electrical conductivity are used in the region where the electrolyte is filled in the battery case, the aluminum inside the case through the configuration according to the embodiment of the present invention.
  • the positive electrode tab of the material and the negative electrode tab of the copper material may be made of different materials to solve the side reaction problem due to the redox potential difference.
  • a secondary battery capable of preventing an increase in resistance due to oxidation of aluminum metal in contact with air and improving performance degradation due to heat generation may be implemented.
  • FIG. 9 is a view illustrating a structure of welding a positive electrode tab of a secondary battery having improved contact resistance according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a cathode of a secondary battery having improved contact resistance according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view illustrating a tab welding part
  • FIG. 11 is a view illustrating a structure in which a positive electrode tab and a battery case of a secondary battery having improved contact resistance according to an embodiment of the present invention are bonded to each other.
  • the positive electrode tab 110 of the secondary battery according to the present invention takes a form in which a plurality of electrode tabs 111 respectively connected to the positive electrode plate are stacked.
  • the positive electrode tab 110 formed by stacking the plurality of electrode tabs 111 is ultrasonically welded through the ultrasonic welding machine 300 in a stacked state, and the electrode tabs 111 are in contact with each other.
  • Ultrasonic welding generally connects the electrode tabs 111 stacked on each other by point welding.
  • the ultrasonic welding connects the electrode tabs 111 stacked in contact with each other through line welding.
  • line welding is performed using the ultrasonic welding machine 300, as shown in FIG. 10, a line-shaped adhesive part 311 crossing the width direction of the electrode tab 111 is formed.
  • the line welding is preferably performed at least once or more in the width direction of the electrode tab 111 or the positive electrode tab 110 so as to form a plurality of adhesive parts 311.
  • the adhesive part 310 of the positive electrode tab 110 in which the plurality of adhesive parts 311 is formed prevents an electrolyte from flowing out between the stacked electrode tabs 111. That is, the adhesive part 310 formed by line welding on the positive electrode tab 110 seals between the electrode tabs 111 to prevent leakage of the electrolyte inside the battery case 150.
  • the positive electrode tab 110 is assembled by arranging the adhesive part 310 through line welding to be positioned at a bonding surface to which the battery case 150 is bonded. That is, in the structure of the positive electrode tab 110 that is exposed to the outside of the battery case 150, the adhesive portion 310 through line welding is positioned at the portion contacted between the battery case 150. In addition, the insulating film 140 may be interposed between the bonding surface of the battery case 150 and the positive electrode tab 110. Through this structure, the sealing property of the battery case 150 can be further improved.

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Abstract

본 발명은 전극탭과 리드의 구조를 개선하여 접촉저항을 줄일 수 있도록 구현된 이차전지에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 양극탭이 구비된 양극판, 음극탭이 구비된 음극판 및 분리막이 교호적층되는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 및 상기 음극탭과 전기적으로 연결되는 음극리드를 포함하며, 상기 전지케이스는 상기 전극조립체를 수용하여 밀봉되고, 상기 음극리드와 상기 양극탭은 상기 전지케이스 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지가 개시된다.

Description

접촉저항이 개선된 이차전지
본 발명은 전기적 구조를 개선시킨 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극탭과 리드의 구조를 개선하여 접촉저항을 줄일 수 있도록 구현된 이차전지에 관한 것이다.
본 출원은 2011년 06월 30일에 출원된 한국특허출원 제10-2011-0064471호 및 2012년 07월 02일에 출원된 한국특허출원 제10-2012-0071826호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
일반적으로, 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 가량으로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 구조를 가진 단위 셀을 집합시킨 셀 어셈블리와, 셀 어셈블리를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재 케이스를 구비한다.
리튬 이차전지는 외장재 케이스의 형상에 따라, 셀 어셈블리가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지와 셀 어셈블리가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류된다.
파우치형 이차전지는 제조 비용이 저렴하고 에너지 밀도가 높으며 직렬 또는 병렬 연결을 통해 대용량의 전지 팩을 구성하기 용이하다는 장점이 있어서 최근 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 전력 원으로 각광을 받고 있다.
이러한 파우치형 이차전지는 판형으로 이루어진 전극 리드가 접속된 셀 어셈블리가 파우치 케이스에 전해액과 함께 밀봉된 구조를 가진다. 전극 리드의 일부는 파우치 케이스 외부로 노출되며, 노출된 전극 리드는 이차전지가 장착되는 장치에 전기적으로 연결되거나, 이차전지 상호 간을 전기적으로 연결하는데 사용된다.
도 1은 종래의 파우치형 리튬 이차전지의 구성을 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 종래의 파우치형 리튬 이차전지의 외형을 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 파우치형 리튬 이차전지(10)는 전극 조립체(30)와, 전극 조립체(30)로부터 연장되어 있는 복수의 전극 탭들(40, 50)과, 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 결합된 전극 리드(60, 70)와, 전극 조립체(30)를 수용하는 파우치 외장재(20)를 포함하여 구성된다. 상기 전극 조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형, 젤리-롤형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어진다.
상기 젤리-롤형 구조의 전극 조립체(30)를 포함하는 이차전지(10)로는 한국공개특허 제2009-88761호(명칭 : 젤리-롤형 전극조립체를 포함하는 이차전지) 및 한국공개특허 제2007-47377호(명칭 : 젤리-롤형 전극조립체를 포함하는 각형 이차전지)를 예로 들 수 있다. 또한, 스택/폴딩형 구조의 전극 조립체(30) 또는 이 전극 조립체(30)를 포함하는 이차전지(10)로는 한국공개특허 제2008-36250호(명칭 : 혼합형 스택 및 폴딩형 전극조립체와 이를 포함하고 있는 이차전지) 및 한국등록특허 제0987300호(명칭 : 스택-폴딩형 전극조립체 및 그것의 제조방법)를 예로 들 수 있다.
전극 탭들(40, 50)은 전극 조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되고, 전극 리드(60, 70)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되며, 파우치 외장재(20)의 외부로 일부 노출된 형태로 결합된다. 상기 파우치 외장재(20)는 알루미늄 라미네이트 시트와 같은 연포장재로 이루어지며, 전극 조립체(30)를 수용할 수 있는 공간이 형성되어 있으며, 전체적으로 파우치 형상을 갖는다.
이러한 전극 탭(40, 50)과 전극 리드(60, 70)를 용접할 때, 열영향부(HAZ: Heat-affected zone)가 양호하고 얇은 금속박의 용접에 용이한 초음파 용접 기법이 주로 사용된다. 상기 초음파 용접은 10kHz ~ 75kHz의 초음파 진동을 발생시키고, 금속 간의 초음파 진동 마찰열을 통해 금속을 용접하는 기법이다. 즉, 전극 탭(40, 50)과 전극 리드(60, 70)가 서로 접촉된 상태에서 초음파 용접 장치에 의해 초음파 진동이 가해지면, 전극 탭(40, 50)과 전극 리드(60, 70) 간의 접촉면에서 마찰열이 발생하고, 이 마찰열로 인하여 전극 탭(40, 50)과 전극 리드(60, 70)가 서로 용접된다.
한편, 양극 구조체(40, 60)와 음극 구조체(50, 70)는 서로 다른 성질의 물질로 형성되는 것이 일반적인데, 양극 구조체(40, 60)는 주로 알루미늄이 사용되며, 음극 구조체(50, 70)는 구리 또는 니켈 도금된 구리가 일반적으로 사용된다. 즉, 양극 탭(40)과 양극 리드(60)는 알루미늄 재질로서 형성되고, 음극 탭(50)과 음극 리드(70)는 구리 또는 니켈 도금된 구리로 형성된다.
이와 같은, 기존의 리튬 이차전지(10)는 양극에 상술한 바와 같이 알루미늄 금속이 사용된다. 이때 사용되는 알루미늄 금속은 1.39v 산화 전위를 가지며 열역학적으로 불안정하여 보통 열역학적으로 안정한 산화 알루미늄(Al2O3)이 표면에 표면에 형성된다. 이러한 산화물은 공기중에 안정해서 부식반응에 저항력을 가지게 된다. 하지만 알루미늄 산화물의 경우 자유전자를 가지고 있지 못하기 때문에 전기 전도도를 가지지 못한다. 때문에 기존의 양극 리드 및 양극 탭에는 이를 개선하기 위해서 표면 처리를 하지만 전기 전도도가 낮아서 저항이 높게 형성되어 충방전 반응에서 많은 부가적인 열을 발생시키는 문제점이 있다.
이처럼 알루미늄 양극의 금속이 산화되어 전기 전도성이 하락되는 문제와 전기 전도성 하락에 따른 저항의 증가로 인해서 발생하는 발열 현상은 전지 내부에 부반응을 일으켜 전체적인 리튬 이차전지의 성능 저하 현상을 야기하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로서, 이차전지에 채용되는 리드의 구조를 전기적으로 연결되는 탭과의 관계에서 개선시킴으로써, 고용량 이차전지에 더욱 높은 적용성을 구현하고, 저항 증가와 부분 발열 및 이에 따른 전지의 성능 저하 등에 강인하게 대처할 수 있는 이차전지를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지는, 양극탭이 구비된 양극판, 음극탭이 구비된 음극판 및 분리막이 교호적층되는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 및 상기 음극탭과 전기적으로 연결되는 음극리드를 포함하며, 상기 전지케이스는 상기 전극조립체를 수용하여 밀봉되고, 상기 음극리드와 상기 양극탭은 상기 전지케이스 외부로 노출되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 양극탭에서, 상기 밀봉된 전지케이스의 외부로 노출된 부분은 상기 양극탭 보다 전기 전도도가 높은 금속으로 도금되는 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 양극탭에서, 상기 밀봉된 전지케이스의 외부로 노출된 부분은 구리(Cu)로 도금된다.
한편, 상기 밀봉된 전지케이스의 외부로 노출된 상기 양극탭과 전기적으로 연결되는 양극리드를 더 포함하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 양극리드는, 구리 금속(Cu)으로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 양극리드는, 버스바(bus bar) 형태인 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 양극리드는, 상기 양극탭과 용접을 통해 전기적으로 연결된다.
이와 함께, 상기 전지케이스 밀봉시 상기 음극리드 및 상기 양극탭이 접촉되는 부분에는 절연 필름이 부착되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 전지케이스는, 상기 전극조립체 수용과 함께 전해액이 충진되어 밀봉되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 양극판 및 상기 양극탭은 알루미늄 금속(Al)으로 이루어지고, 상기 음극판 및 상기 음극탭은 구리 금속(Cu)으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 양극탭은, 상기 양극판에 각각 연결된 복수의 전극탭이 적층되어 이루어지며, 상기 복수의 전극탭은 적층된 상태로 용접하여 서로 접착되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 복수의 전극탭은 폭 방향을 따라 가로지르는 라인 용접을 통해 접착하는 것이 바람직하고, 상기 양극탭은 적어도 하나의 라인 형상 접착부를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 전극탭은 포인트 용접을 통해 접착하는 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 양극탭의 접착 부분은, 상기 전지케이스 밀봉시 상기 양극탭이 접촉되는 전지케이스 접합면에 포함되도록 위치한다.
본 발명에 따르면, 이차전지의 알루미늄 양극탭을 전지 케이스 외부로 노출되도록 구성하고, 노출된 양극탭에 구리를 도금하여 알루미늄 산화에 따른 저항 증가 현상을 방지하여 발열 현상을 줄일 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 전해액에 포함된 전지 케이스 내부에서 양극탭과 음극탭의 금속은 서로 다른 재질을 유지하여 산화 환원 전위 효과를 유지하도록 하면서, 전지 케이스 외부로 노출된 양극탭 부분에 구리를 도금하거나 구리 리드를 용접하여 접촉저항을 줄이고 발열 현상도 개선할 수 있는 효과를 제공한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술할 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 파우치형 리튬 이차전지의 구성을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 종래의 파우치형 리튬 이차전지의 외형을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지의 내부 구성요소를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지의 전극 리드 부분의 구성을 나타낸 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지의 외부로 노출된 양극 탭의 단면을 나타낸 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 양극 구성을 나타낸 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지와 종래의 이차전지의 적외선 촬영 사진을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지와 종래의 이차전지의 적외선 촬영 사진을 dat 파일로 변환해서 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지의 양극탭을 용접하는 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지의 양극탭 용접부분을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지의 양극탭과 전지케이스가 접합되는 구조를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지의 내부 구성요소를 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지의 전극 리드 부분의 구성을 나타낸 부분 확대도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지의 외부로 노출된 양극 탭의 단면을 나타낸 부분 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지(100)는 전극조립체(101), 전극 탭인 양극 탭(110)과 음극 탭(120), 전극 리드인 음극 리드(130), 절연 필름(140) 및 전지 케이스(150)를 포함하여 구성된다.
상기 전극조립체(101)는 전술한 바와 같이 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 소정 형태의 분리막이 상호 교호되어 적층된 구조를 이룬다. 또한, 앞서 설명된 바와 같이 상기 전극조립체(101)는 실시형태에 따라 권취형, 스택형, 스택/폴딩형 등으로 다양하게 적용될 수 있음은 물론이다.
상기 양극판은 알루미늄(Al) 재질이 주로 이용되는데, 스테인리스 스틸, 니켈(Ni), 티탄(Ti), 소성 탄소(C) 또는 알루미늄(Al)이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은(Ag) 등으로 표면 처리한 것이 사용될 수 있으며, 이차 전지에 화학적 변화를 야기시키지 않고 높은 도전성을 가지는 재질이라면 이에 제한되지 않고 사용될 수 있다.
상기 양극판의 일부 영역에는 하나 이상의 양극 탭(110)이 구비되는데, 상기 양극 탭(110)은 상기 양극판이 연장되는 형태로 이루어질 수 있고, 상기 양극판의 소정 부위에 도전성 재질의 부재를 용접 등을 통하여 결합하는 형태로도 구성될 수 있으며 또한, 양극 재료를 상기 양극판 외주면의 일부 영역에 도포 및 건조하는 방식 등의 다양한 방법에 의하여 제작될 수 있다.
상기 양극판에 대응되는 음극판은 주로 구리(Cu) 재질이 이용되는데, 스테인리스 스틸, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 소성 탄소(C), 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이나 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.
상기 음극판은 상기 양극판과 같이 표면에 미세한 요철 구조를 형성하여 활물질의 결합력이 강화되도록 구성할 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.
상기 음극판 또한 일부 영역에 하나 이상의 음극 탭(120)이 구비되며, 앞서 설명된 양극 탭(110)과 같이 상기 음극판에서 연장되는 형태로 구현될 수 있음은 물론, 음극판 소정 부위에 도전성 재질의 부재를 용접하는 등의 방법으로 결합할 수도 있으며, 음극 재료를 상기 음극판 외주면의 일부 영역에 도포 및 건조하는 방식 등으로 구현될 수 있다.
상기 양극 탭(110) 및 음극 탭(120)은 각 극성마다 하나 이상으로 구성되며 상기 하나 이상의 전극 탭(110, 120)은 일정 방향성으로 수렴된다. 이렇게 수렴된 양극 탭(110)은 외부로 연결될 수 있도록 길게 연장되어 형성되고, 음극 탭(120)은 음극 리드(130)와 전기적으로 연결된다.
본 발명에 따른 이차전지(100)는 고전류의 충방전에 의한 접촉저항 증가 및 발열 현상을 방지하고, 상기 양극 탭(110)의 외부 노출시 알루미늄 금속이 산화되어 전기 전도성이 하락하는 현상을 방지하기 위해, 알루미늄 금속(Al)이 이용되는 양극 탭(110)에 알루미늄 금속 재질의 리드 연결 없이 양극 탭(110) 자체를 외부로 길게 연장하는 구조를 취한다. 이때, 외부로 연장된 양극 탭(110) 중 추후 밀봉될 상기 전지 케이스(150) 외부로 노출되는 타단 부분에는 전기 전도성이 높은 재질의 금속이 도금된 도금부(112)를 구비한다.
또한, 상기 전지 케이스(150)가 밀봉될 경우 상기 전극 조립체(101)가 수납됨과 함께 전해액이 케이스 내부에 충진되는데, 이 경우 상기 양극 탭(110) 및 상기 음극 탭(120)은 전해액 내부에서 서로 다른 금속 재질로 이루어져야 산화환원 전위차를 극대화할 수 있고 동일 금속 재질에 따른 부반응을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지(100)는 상기 전지 케이스(150) 내부에 전해액과 함께 밀봉되는 영역에서 구리 재질의 음극 탭(120)과 음극 리드(130)가 연결되며, 알루미늄 재질의 양극 탭(110)은 리드 접합 없이 양극 탭(110)만 존재하도록 구성한다. 이러한 구성을 통해 구리 재질의 음극 탭(120), 음극 리드(130)와 알루미늄 재질의 양극 탭(110)이 서로 다른 금속 재질로 형성되어 산화환원 전위차가 극대화될 수 있다. 또한, 양극 탭(110)에 별도의 알루미늄 재질의 양극 리드를 접합하지 않아, 접촉 저항을 줄일 수 있게 된다.
이와 함께, 상기 전지 케이스(150) 밀봉시 케이스 외부로 노출되는 양극 탭(110)에는 전기 전도성이 높은 구리 재질의 금속이 도금되어 도금부(112)를 형성한다. 반면, 케이스 외부로 노출되는 구리 재질의 음극 리드(130)는 그대로 이용된다. 따라서, 케이스 외부로 노출된 상기 도금부(112)가 형성된 양극 탭(110)과 상기 음극 리드(130)는 모두 전기 전도성이 높은 구리 재질로 이루어지기 때문에, 금속 산화에 따른 전기 전도성 하락의 문제를 방지할 수 있다.
여기서, 상기 도금부(112)는 전기 전도성이 높은 재질의 구리 금속이 도금된 것을 예로 들었으나, 상기 도금부(112)는 구리 금속에 한정하지 않고 금, 백금, 은 등의 전기 전도성이 높고 공기에 의한 산화 반응이 적은 다양한 재질이 이용될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 전지 케이스(150) 밀봉시 케이스와 상기 양극 탭(110) 그리고 상기 음극 리드(130)가 각각 접촉되는 부분에는 절연 필름(140)이 부착된다. 상기 절연 필름(140)은 금속 재질의 상기 양극 탭(110), 상기 음극 리드(130)와 비금속 절연 재질의 전지 케이스(150) 사이의 접착력을 높이고 절연 밀봉을 강화하는 역할을 수행한다. 나아가, 상기 절연 필름(140)과 잘 접착하기 위하여, 상기 음극 리드(130)는 니켈이 도금된 구리가 이용될 수 있다.
이하에서는 도 6을 통하여 본 발명에 따른 이차전지의 양극 전극을 구성하는 다양한 실시예를 예시적으로 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 양극 구성을 나타낸 부분 단면도이다.
음극 탭 및 음극 리드에 대한 내용은 상호 동일 내지 유사하게 적용될 수 있으므로 이하 설명에서 위 음극 탭, 음극 리드와 더불어 양극판, 음극판, 전극 조립체, 전지 케이스로 설명되는 구성은 상술한 실시예와 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지는 전지 케이스(150) 밀봉시 외부로 노출되는 양극 탭(110)에 양극 리드(160)가 접합되어 형성된다.
상기 양극 리드(160)는 밀봉된 상기 전지 케이스 외부로 노출된 상기 양극 탭(110)의 일 측면에 용접을 통해 접합되어, 상기 양극 탭(110)과 전기적으로 연결된다. 아울러, 상기 양극 리드(160)는 초음파 용접기(200)를 통해 초음파 용접을 통해 상기 노출된 양극 탭(110)과 접합된다.
도면에서는 양극 탭(110)의 일 측면에 상기 양극 리드(160)가 접합된 것으로 도시되었으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 절연 필름(140) 밖으로 노출된 양극 탭(110)의 양 측면에 양극 리드(160)가 각각 용접되어 접합될 수 있다. 이를 통해 알루미늄 재질의 양극 탭(110)이 공기와 접촉함으로 인해 발생할 수 있는 금속 산화 반응을 방지할 수 있다.
아울러, 상기 양극 탭(110)에 접합된 양극 리드(160)는 전기 전도성이 높은 재질의 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다. 예로, 상기 양극 리드(160)는 구리 재질의 금속으로 이루어질 수 있다.
나아가, 상기 양극 탭(110)에 접합된 양극 리드(160)는 버스바(bus bar) 형태를 취할 수 있다. 즉, 양극 리드(160) 및 상술한 음극 리드(130) 모두 외부로 노출된 타단이 버스바 형태로 이루어져, 다른 이차전지 간의 전극 연결 및 다른 전자 기기와의 전극 연결을 보다 용이하게 하도록 할 수 있다. 이때, 버스바 형태의 상기 양극 리드(160) 역시 전기 전도성이 높은 구리 재질의 금속으로 이루어진다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지와 종래의 이차전지의 적외선 촬영 사진을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지와 종래의 이차전지의 적외선 촬영 사진을 dat 파일로 변환해서 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 먼저 본 발명에 따른 이차전지는 (b)로 지칭한 부분이고, 종래의 이차전지는 (a)로 지칭한 부분에 위치한다. 또한, (b1) 부분과 (a1) 부분이 각각 본 발명과 종래 이차전지의 전극 연결 부분이다.
도면을 살펴보면, 본 발명의 실시예에서와 같이 전지 케이스 외부로 노출된 양극 탭에 구리를 도금하거나, 구리 금속의 양극 리드를 접합한 형태의 이차전지(b)가 종래의 알루미늄 재질의 양극 리드를 사용한 이차전지(a) 보다 상대적으로 발열이 적은 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 발열이 상대적으로 적은 것은 본 발명의 실시예와 같은 이차전지의 접촉 저항이 종래 이차전지의 접촉 저항보다 낮아졌기 때문이다.
도 8을 살펴보면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(b)의 전극 부분(b1)과 종래의 이차전지(a) 전극 부분(a1) 사이에 발열량이 확연하게 차이 나는 것을 확인할 수 있다. 아울러, 이차전지의 내부 전극 조립체로 전달되는 열량에도 차이가 나타남을 알 수 있으며, 이로 인해 배터리 성능에서도 차이가 발생하는 것을 실험을 통해 확인할 수 있다. (도면상 주요 지점의 온도 : T1=33, T2=32, T3=33, T4=29, T5=28, T6=32) 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 종래의 이차전지보다 고온 사이클 성능이 10% 정도 개선되었다.
이와 함께, 본 발명의 일 실시예에 따라 전지 케이스 외부로 노출된 양극 탭(110)에 구리 금속의 양극 리드(160)를 용접한 경우와, 종래의 알루미늄 금속 양극 리드를 이용한 경우의 접촉 저항을 측정하는 실험을 실시하였다. 이때에 측정된 접촉 저항값을 아래에 표로 나타내었다.
표 1
양극 리드 접촉저항 (mohm) 비고
알루미늄 금속(용접 전) 20 ~ 1000 저항값이 많이 변함
알루미늄 금속(용접) 5.95 비교예
구리 금속(용접) 0.24 실시예
상기 표 1에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 구리 금속을 양극 리드에 용접한 경우, 종래의 알루미늄 금속을 양극 리드로 이용한 이차전지보다 전극 부분에서의 접촉저항이 대폭 줄어들었음을 확인할 수 있다.
이상에서와 같이, 종래의 알루미늄 금속을 양극 리드로 사용하는 이차전지에서 발생하는 문제점인 알루미늄 산화로 인한 저항 증가 현상을 본 발명의 실시예에서와 같이 구리 도금 및 구리 금속 양극 리드 구조를 통해 해결할 수 있다. 또한, 전지 케이스 내부 전해액이 충진된 영역에서 양극 탭과 음극 탭을 모두 전기 전도성이 높은 구리를 사용할 경우 발생하는 산화환원 전위차에 따른 부반응 문제 역시 본 발명의 실시예에 따른 구성을 통해 케이스 내부에 알루미늄 재질의 양극 탭과 구리 재질의 음극 탭으로 서로 다른 재질을 취하게 되어 산화환원 전위차에 따른 부반응 문제를 해결할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 공기와 접촉하는 알루미늄 금속 산화에 따른 저항 증가를 방지하고 발열 현상으로 인한 성능 저하 현상을 개선할 수 있는 이차전지를 구현할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지의 양극탭을 용접하는 구조를 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지의 양극탭 용접부분을 나타낸 도면이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지의 양극탭과 전지케이스가 접합되는 구조를 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉저항이 개선된 이차전지의 양극탭 구조를 설명한다.
도면에서와 같이, 본 발명에 따른 이차전지의 양극탭(110)은 양극판에 각각 연결된 복수의 전극탭(111)이 적층된 형태를 취한다.
상기 복수의 전극탭(111)이 적층되어 이루어진 양극탭(110)은, 적층된 상태로 초음파 용접기(300)를 통해 초음파 용접되어, 각 전극탭(111)들은 서로 접촉 연결된다. 초음파 용접은 일반적으로 포인트 용접을 통해 적층된 각 전극탭(111)들을 서로 접촉 연결한다. 바람직하게, 상기 초음파 용접은 라인 용접을 통해 적층된 각 전극탭(111)들을 서로 접촉 연결한다. 초음파 용접기(300)를 이용해 라인 용접을 실시하면, 도 10에서와 같이 전극탭(111)의 폭 방향으로 가로지르는 라인 형태의 접착부(311)가 형성된다. 상기 라인 용접은 전극탭(111) 또는 양극탭(110)의 폭 방향으로 적어도 1회 이상 실시하여, 복수의 접착부(311)가 형성되도록 용접하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 접착부(311)가 형성된 양극탭(110)의 접착 부분(310)은 적층된 전극탭(111) 사이로 전해액이 흘러나오는 것을 방지하게 된다. 즉, 양극탭(110)에 라인 용접을 통해 형성된 접착 부분(310)은 전극탭(111) 사이를 밀봉하여, 전지 케이스(150) 내부의 전해액 누설을 방지한다.
아울러, 상기 양극탭(110)은 전지 케이스(150) 조립시, 전지 케이스(150)가 접합하는 접합면에 라인 용접을 통한 접착 부분(310)이 위치하도록 배치하여 조립한다. 즉, 전지 케이스(150) 외부로 노출되는 양극탭(110)의 구조에서, 전지 케이스(150) 사이에 접촉되는 부분에, 라인 용접을 통한 접착 부분(310)이 위치하도록 한다. 또한, 이 전지 케이스(150)의 접합면과 양극탭(110)이 교차하는 위치에 절연 필름(140)이 개재될 수 있다. 이러한 구조를 통해, 전지 케이스(150)의 밀봉성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (15)

  1. 양극탭이 구비된 양극판, 음극탭이 구비된 음극판 및 분리막이 교호적층되는 전극조립체;
    상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 및
    상기 음극탭과 전기적으로 연결되는 음극리드를 포함하며,
    상기 전지케이스는 상기 전극조립체를 수용하여 밀봉되고, 상기 음극리드와 상기 양극탭은 상기 전지케이스 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극탭에서,
    상기 밀봉된 전지케이스의 외부로 노출된 부분은 상기 양극탭 보다 전기 전도도가 높은 금속으로 도금된 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극탭에서,
    상기 밀봉된 전지케이스의 외부로 노출된 부분은 구리(Cu)로 도금된 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉된 전지케이스의 외부로 노출된 상기 양극탭과 전기적으로 연결되는 양극리드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 양극리드는,
    구리 금속(Cu)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 양극리드는,
    버스바(bus bar) 형태인 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 양극리드는,
    상기 양극탭과 용접을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전지케이스 밀봉시 상기 음극리드 및 상기 양극탭이 접촉되는 부분에는 절연 필름이 부착되는 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지케이스는,
    상기 전극조립체 수용과 함께 전해액이 충진되어 밀봉되는 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극판 및 상기 양극탭은 알루미늄 금속(Al)으로 이루어지고, 상기 음극판 및 상기 음극탭은 구리 금속(Cu)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극탭은,
    상기 양극판에 각각 연결된 복수의 전극탭이 적층되어 이루어지며,
    상기 복수의 전극탭은 적층된 상태로 용접하여 서로 접착되는 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 전극탭은 폭 방향을 따라 가로지르는 라인 용접을 통해 접착하는 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 양극탭은 적어도 하나의 라인 형상 접착부를 갖는 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 전극탭은 포인트 용접을 통해 접착하는 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 양극탭의 접착 부분은,
    상기 전지케이스 밀봉시 상기 양극탭이 접촉되는 전지케이스 접합면에 포함되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 접촉저항이 개선된 이차전지.
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