WO2014042399A2 - 이차전지 전극조립체용 분리막 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

이차전지 전극조립체용 분리막 및 이를 포함하는 이차전지 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a separator for a secondary battery electrode assembly inserted between a positive electrode plate and a negative electrode plate, and more particularly, to a separator configured to protrude and expand a portion corresponding to a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, and a secondary battery including the same. .
  • a secondary battery is a battery that can be charged and discharged unlike a primary battery that cannot be charged.
  • a high output secondary battery using a non-aqueous electrolyte of high energy density has been developed, and one battery cell is a pack type.
  • portable electronic devices such as phones, notebook computers, and camcorders are used. By connecting the two in series or in parallel to form a large capacity secondary battery.
  • the secondary battery is manufactured in various shapes.
  • a thin plate-shaped positive electrode plate and a negative electrode plate are alternately stacked, and an electrode assembly having a separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate is installed in the case.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional stacked secondary battery
  • FIG. 2 is a perspective view of an electrode assembly included in a conventional stacked secondary battery, and illustrates a shape in which a negative electrode plate is twisted.
  • the conventional stack type secondary battery includes a can 10 having an inner space such that an electrode assembly 30 is introduced therein and an electrolyte is filled therein, and an inner space of the can 10.
  • the cap 20 is configured to prevent the electrolyte or the gas generated therefrom from leaking out.
  • the positive electrode plate 32 to which the positive electrode active material is applied and the negative electrode plate 34 to which the negative electrode active material is coated are sequentially stacked in a state where the separator 36 is interposed therebetween.
  • the positive electrode terminal 33 and the negative electrode terminal 35 for electrical connection are protruded, respectively.
  • the positive electrode terminal 33 and the negative electrode terminal 35 protrude from opposite sides so as not to overlap each other, and when the plurality of positive electrode plates 32 and the negative electrode plate 34 are stacked, the positive electrode terminal 33 and the negative electrode terminal 35 are stacked. ) Are stacked separately.
  • a separator 36 is inserted between the positive electrode plate 32 and the negative electrode plate 34, and the separator 36 includes the positive electrode plate 32 and Bars are manufactured in a quadrangular shape so as to cover only portions corresponding to the body of the negative electrode plate 34, and thus the portions in which the positive electrode terminal 33 and the negative electrode terminal 35 are formed cannot be covered. Therefore, when the negative electrode plate 34 is slightly twisted as shown in FIG. 2, the body of the positive electrode plate 32 covered by the separator 36 is not in contact with the negative electrode plate 34, but is covered by the separator 36. The non-supporting positive electrode terminal 33 may be in contact with the negative electrode plate 34, which may cause a short circuit.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems, even if the positive electrode plate and the negative electrode plate is slightly twisted, the separator and the secondary battery having the same to prevent the phenomenon that the positive electrode terminal is in contact with the negative electrode plate or the positive electrode plate
  • the purpose is to provide.
  • the secondary battery electrode assembly separator according to the present invention for achieving the above object is located between the positive electrode plate and the negative electrode plate protruding the positive electrode terminal is formed to protrude the secondary battery blocking the current flow between the positive electrode plate and the negative electrode plate
  • an extension part extending to overlap one or more terminals of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal.
  • the extension portion is shorter in length and wider in width than the overlapping terminal.
  • the length of the extension is 0.2 mm or more and 10 mm or less, and the width of the extension is set to be 0.2 mm or more wider than the width of the terminal.
  • the extension part may include a first extension part extending along the protruding direction of the positive electrode terminal to cover the whole or part of one side of the positive electrode terminal, and extending along the protruding direction of the negative electrode terminal to cover the whole or part of one side of the negative electrode terminal. It consists of a covering second extension.
  • any one of the positive electrode plate and the negative electrode plate is introduced into the inside, but only the terminals of the electrode plate introduced into the inside is formed in a pocket shape, the extension is provided in pairs so as to overlap each of both sides of the terminal drawn out to the outside. do.
  • It is configured to seal the outer end except for the point where the terminal is drawn outward.
  • the other one of the positive electrode plate and the negative electrode plate and the outer end portion is formed to match.
  • the positive electrode plate and the negative electrode plate are formed in a disk shape having one or more straight cut portions, and the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are formed to protrude from the straight portion, so that the overlap when overlapped with the other one of the positive electrode plate and the negative plate And a straight alignment portion coinciding with the straight cut portion of the stacked electrode plates.
  • the separator according to the present invention is stacked such that the positive electrode plate is introduced into the inside and overlaps the negative electrode plate.
  • a secondary battery according to the present invention includes an electrode assembly including a plurality of positive electrode plates and negative electrode plates alternately stacked, and a separator formed in the above-mentioned structure and positioned between the positive electrode plate and the negative electrode plate; A can in which the electrode assembly is seated therein and an electrolyte is filled; And a cap sealing the inlet of the can.
  • the plurality of anode terminals protruding from the plurality of anode plates are integrally coupled to one of the cans and caps, and the plurality of cathode terminals protruding from the plurality of cathode plates are integrally coupled to one another of the cans and caps. Is connected to the other.
  • the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are spaced apart at regular intervals so as not to overlap each other, and extend in the same direction, and the extension part extends to overlap one or more terminals of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal.
  • the secondary battery separator according to the present invention By using the secondary battery separator according to the present invention and the secondary battery including the same, even when the positive electrode plate and the negative electrode plate are slightly twisted, it is possible to prevent the phenomenon in which the positive electrode terminal is in contact with the negative electrode plate or the negative electrode terminal in contact with the positive electrode plate, and the volume occupied by the separator By minimizing the battery capacity can be maximized, there is an advantage that can significantly reduce the risk of short circuit even if the active material grows according to the chemical reaction.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional stacked secondary battery.
  • FIG. 2 is a perspective view of an electrode assembly included in a conventional stacked secondary battery, and illustrates a shape in which a negative electrode plate is twisted.
  • FIG 3 is an exploded perspective view of a secondary battery including a separator according to the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of the separator according to the present invention.
  • an extension part 332 may be formed in the separator 330. That is, when the separation membrane 330 is formed in a pocket shape in which only the portion of the positive electrode terminal 312 in which the positive electrode terminal 312 is formed is drawn out and the remaining portions are drawn inwards, as shown in FIGS. 6 and 7. As described above, the extension parts 332 are provided in pairs to cover both sides of the anode terminal 312, respectively. As shown in FIGS. 3 to 5, the extension part 332 is formed on the pocket type separation membrane 330, similarly to the case where the extension part 332 is formed on the sheet-type separation membrane 330.

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Abstract

본 발명에 의한 이차전지 전극조립체용 분리막은, 양극단자가 돌출 형성되는 양극판과 음극단자가 돌출 형성되는 음극판 사이에 위치되어 상기 양극판과 음극판 간의 전류 흐름을 차단하는 이차전지 전극조립체용 분리막에 있어서, 상기 양극단자와 상기 음극단자 중 하나 이상의 단자와 겹쳐지도록 연장되는 연장부를 구비한다. 본 발명에 의한 이차전지용 분리막 및 이를 포함하는 이차전지를 이용하면, 양극판 및 음극판이 약간 비틀어지더라도 양극단자가 음극판에 접촉되거나 음극단자가 양극판에 접촉되는 현상을 방지할 수 있고, 분리막이 차지하는 부피를 최소화시킴으로써 전지용량을 최대화시킬 수 있으며, 화학반응에 따라 활물질이 성장하더라도 단락 우려를 현저히 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

Description

이차전지 전극조립체용 분리막 및 이를 포함하는 이차전지
본 발명은 양극판과 음극판 사이에 삽입되는 이차전지 전극조립체용 분리막에 관한 것으로, 더 상세하게는 양극단자 및 음극단자와 대응되는 부위가 돌출 및 확장되도록 구성되는 분리막 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로, 최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저 용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대 전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원의 경우에는 상기 전지 셀을 수십 개 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.
상기 이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데 대표적인 형상으로는, 얇은 판 형상의 양극판과 음극판이 교번으로 적층되되 양극판과 음극판 사이에 절연체인 분리막(separator)이 개재된 전극조립체를 케이스에 내장 설치한 스택형이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 스택형 이차전지의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 스택형 이차전지의 분해사시도이고, 도 2는 종래의 스택형 이차전지에 포함되는 전극조립체의 사시도로서 음극판이 틀어진 형상을 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 스택형 이차전지는, 내부에 전극조립체(30)가 인입되고 전해액이 채워지질 수 있도록 내부공간이 마련되는 캔(10)과, 상기 캔(10)의 내부공간 입구를 덮어 밀폐시킴으로써 전해액이나 내부에서 발생되는 가스가 외부로 유출되는 것을 방지하는 캡(20)으로 구성된다.
양극 활물질이 도포되어 있는 양극판(32)과 음극 활물질이 도포되어 있는 음극판(34)이 분리막(36)을 개재시킨 상태에서 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다. 양극판(32) 및 음극판(34)의 일측단부에는 각각 전기적 연결을 위한 양극단자(33) 및 음극단자(35)가 돌출되어 있다. 이때, 양극단자(33)와 음극단자(35)는 상호 겹치지 아니하도록 상호 반대편으로 돌출되는바, 복수 개의 양극판(32)과 음극판(34)이 적층되는 경우 양극단자(33)와 음극단자(35)는 각각 구분되어 적층된다.
한편, 양극판(32)과 음극판(34)이 직접 접촉되면 단락이 발생되므로 상기 양극판(32)과 음극판(34) 사이에는 분리막(36)이 삽입되는데, 상기 분리막(36)은 양극판(32) 및 음극판(34)의 몸체에 해당하는 부위만을 덮도록 사각형으로 제작되는바, 양극단자(33) 및 음극단자(35)가 형성된 부위는 덮지 못하게 된다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이 음극판(34)이 약간 비틀어지는 경우, 분리막(36)에 의해 가려진 양극판(32)의 몸체는 음극판(34)과 접촉될 우려가 없으나, 분리막(36)에 의해 가려지지 아니하는 양극단자(33)는 음극판(34)과 접촉되어 단락이 발생될 수 있다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 양극판 및 음극판이 약간 비틀어지더라도 양극단자가 음극판에 접촉되거나 음극단자가 양극판에 접촉되는 현상을 방지할 수 있는 분리막 및 이를 구비하는 이차전지를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이차전지 전극조립체용 분리막은, 양극단자가 돌출 형성되는 양극판과 음극단자가 돌출 형성되는 음극판 사이에 위치되어 상기 양극판과 음극판 간의 전류 흐름을 차단하는 이차전지 전극조립체용 분리막에 있어서, 상기 양극단자와 상기 음극단자 중 하나 이상의 단자와 겹쳐지도록 연장되는 연장부를 구비한다.
상기 연장부는, 겹쳐지는 단자보다 길이는 짧고 폭은 넓게 형성된다.
상기 연장부의 길이는 0.2㎜ 이상 10㎜ 이하이고, 상기 연장부의 폭은 상기 단자의 폭보다 0.2㎜ 이상 넓도록 설정된다.
상기 연장부는, 상기 양극단자의 돌출 방향을 따라 연장되어 상기 양극단자 일측면의 전체 또는 일부를 덮는 제1 연장부와, 상기 음극단자의 돌출 방향을 따라 연장되어 상기 음극단자 일측면의 전체 또는 일부를 덮는 제2 연장부로 구성된다.
상기 양극판과 음극판 중 어느 하나의 극판이 내부로 인입되되 내부로 인입된 극판 중 단자만이 외부로 인출되는 포켓형상으로 형성되며, 상기 연장부는 외부로 인출되는 단자의 양면에 각각 겹쳐지도록 쌍으로 구비된다.
상기 단자가 외측으로 인출되는 지점을 제외한 나머지 외측단이 밀봉되도록 구성된다.
상기 양극판과 음극판 중 다른 하나의 극판과 외측단 일부가 일치하도록 형성된다.
상기 양극판과 음극판은 하나 이상의 직선절단부를 갖는 원판 형상으로 형성되고 상기 양극단자와 음극단자는 상기 직선부로부터 돌출되도록 형성되어, 상기 양극판과 음극판 중 다른 하나의 극판과 겹쳐지도록 적층되었을 때 상기 겹쳐지도록 적층된 극판의 직선절단부와 일치하는 직선정렬부를 구비한다.
본 발명에 의한 분리막은 상기 양극판이 내부로 인입되고, 상기 음극판과 겹쳐지도록 적층된다.
본 발명에 의한 이차전지는, 교번으로 적층되는 복수개의 양극판 및 음극판과, 상기 언급한 구조로 구성되어 상기 양극판 및 음극판 사이에 위치되는 분리막을 구비하는 전극조립체; 상기 전극조립체가 내부에 안착되고 전해액이 채워지는 캔; 및 상기 캔의 입구를 밀폐시키는 캡;을 포함한다.
상기 복수 개의 양극판들로부터 돌출된 복수 개의 양극단자들은 일체로 결합되어 상기 캔과 캡 중 어느 하나에 연결되고, 상기 복수 개의 음극판들로부터 돌출된 복수 개의 음극단자들은 일체로 결합되어 상기 캔과 캡 중 다른 하나에 연결된다.
상기 양극단자와 음극단자는 상호 겹치지 아니하도록 일정 간격 이격되어 동일한 방향으로 연장되고, 상기 연장부는 상기 양극단자와 상기 음극단자 중 하나 이상의 단자와 겹쳐지도록 연장된다.
본 발명에 의한 이차전지용 분리막 및 이를 포함하는 이차전지를 이용하면, 양극판 및 음극판이 약간 비틀어지더라도 양극단자가 음극판에 접촉되거나 음극단자가 양극판에 접촉되는 현상을 방지할 수 있고, 분리막이 차지하는 부피를 최소화시킴으로써 전지용량을 최대화시킬 수 있으며, 화학반응에 따라 활물질이 성장하더라도 단락 우려를 현저히 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 스택형 이차전지의 분해사시도이다.
도 2는 종래의 스택형 이차전지에 포함되는 전극조립체의 사시도로서 음극판이 틀어진 형상을 도시한다.
도 3은 본 발명에 의한 분리막을 포함하는 이차전지의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 분리막의 평면도이다.
도 5는 음극판이 틀어진 전극조립체의 평면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 분리막 제2 실시예의 사용상태도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 분리막 제2 실시예가 적용된 전극조립체의 평면도이다.
도 9는 본 발명에 의한 분리막 제3 실시예를 포함하는 이차전지의 분해사시도이다.
도 10은 본 발명에 의한 분리막 제3 실시예와 양극판의 배치구조를 도시하는 평면도이다.
도 11은 본 발명에 의한 분리막 제3 실시예와 음극판의 적층구조를 도시하는 분해사시도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명에 의한 분리막 제3 실시예의 결합구조를 도시하는 분해사시도 및 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 이차 분리막 및 이를 구비하는 이차전지의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 분리막을 포함하는 이차전지의 분해사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 분리막의 평면도이며, 도 5는 음극판이 틀어진 전극조립체의 평면도이다.
본 발명에 의한 분리막(330)은 양극판(310)과 음극판(320) 사이에 위치되어 양극판(310)과 음극판(320) 간의 전류 흐름을 차단하는 역할을 하는 이차전지 전극조립체(300)용 분리막(330)으로서, 교번으로 적층된 양극판(310)과 음극판(320)이 어느 정도 틀어지더라도, 양극판(310)에 형성된 양극단자(312)가 음극판(320)에 접촉되거나 음극판(320)에 형성된 음극단자(322)가 양극판(310)에 접촉되지 아니하도록 상기 양극단자(312)와 음극단자(322)의 일부를 덮을 수 있는 형상으로 형성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다. 즉, 본 발명에 의한 분리막(330)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 양극단자(312)와 겹쳐지도록 연장되는 제1 연장부(332)와, 음극단자(322)와 겹쳐지도록 연장되는 제2 연장부(332)를 구비한다. 이와 같이 제1 연장부(332) 및 제2 연장부(332)가 구비된 분리막(330)이 양극판(310)과 음극판(320) 사이에 위치되면, 도 5에 도시된 바와 같이 음극판(320)이 일측으로 일측으로 약간 틀어져 음극판(320)이 양극단자(312)와 겹쳐지게 되더라도, 음극판(320)과 양극단자(312) 사이에 분리막(330)(더 명확하게는 제1 연장부(332))이 위치하므로 단락이 발생되지 아니하게 된다.
한편, 상기 연장부(332)의 폭이 양극단자(312)의 폭보다 작으면 음극판(320)이 틀어졌을 때 양극단자(312)와 접촉될 수 있으므로, 상기 연장부(332)의 폭은 양극단자(312)의 폭보다 크게 형성됨이 바람직하다. 이때, 양극단자(312) 전체가 연장부(332)에 의해 덮여지도록 구성되면 즉, 상기 연장부(332)가 양극단자(312)보다 폭도 크고 길이도 길게 형성되면, 음극판(320)이 얼마나 틀어지는지에 관계없이 양극판(310)과 음극판(320) 간의 단락이 방지될 수 있다. 그러나 이와 같이 연장부(332)가 크게 제작되어 양극단자(312)의 일면을 완전히 덮게 되면, 복수 개의 연장부(332)를 일체로 결합하여 통전되도록 하는데 어려움이 있고, 연장부(332)의 크기가 커지는 만큼 양극단자(312)의 노출면적이 좁아지고 전해액 투입량이 적어지므로 전지용량이 줄어들게 될 우려가 있다. 따라서 상기 연장부(332)는 음극판(320)이 틀어졌을 때 음극판(320)과 대응되는 지점의 양극단자(312) 일면을 덮을 수 있는 범위 내에서 가장 작게 형성됨이 바람직하다.
이때, 상기 음극판(320)은 양극단자(312) 돌출방향으로 이동되더라도 양극단자(312)의 길이만큼은 이동되지 아니하므로, 상기 분리막(330)으로부터 연장되는 연장부(332)는 양극단자(312)의 폭방향 양단을 모두 덮도록 형성되되 양극단자(312)의 끝단까지 연장될 필요가 없다. 즉, 상기 연장부(332)는 겹쳐지는 양극단자(312)보다 길이는 짧고 폭은 넓게 형성됨이 바람직하다.
한편, 상기 연장부(332)의 길이가 너무 짧으면 음극판이 일측으로 약간 틀어졌을 때 단락 현상이 발생되고, 상기 연장부(332)의 길이가 너무 길면 그만큼 캔(100)의 크기가 커져야하므로 이차전지의 전체 크기 대비 용량이 작아진다는 문제점이 있다. 또한, 연장부(332)의 폭 역시 너무 좁게 제작되면 단락의 우려가 있다. 이때, 양극판(310)과 음극판(320)과 분리막(330)은 일반적으로 테이프 등과 같은 별도의 고정수단으로 상호 고정되므로 양극판(310)과 음극판(320)과 분리막(330)의 배열이 크게 흐트러지는 경우는 쉽게 발생하지 아니하다. 따라서 연장부(332)의 길이는 0.2㎜ 이상 10㎜ 이하로 설정되고, 상기 연장부의 폭은 상기 단자의 폭보다 0.2㎜ 이상 넓게 설정됨이 바람직하다.
상기 언급한 바와 같이 연장부(332)의 규격이 한정되면, 음극판(320)이 일측으로 어느 정도 틀어지더라도 단락 현상이 발생되지 아니하고, 연장부(332) 크기의 최소화를 통해 전지용량을 최대화시킬 수 있다는 장점이 있다. 한편, 상기에서는 음극판(320)이 비틀어져 음극판(320)이 양극단자(312)에 접촉되는 경우만을 설명하고 있으나, 반대로 양극판(310)이 비틀어져 양극판(310)이 음극단자(322)에 접촉될 수도 있으므로, 상기 연장부(332)는 본 실시예에 도시된 바와 같이 양극단자(312)를 덮는 제1 연장부(332)와, 음극단자(322)를 덮는 제2 연장부(334)로 구분될 수 있다. 물론, 음극판(320)이 비틀어질 우려만 있는 경우 제1 연장부(332)만 구비될 수도 있고, 양극판(310)이 비틀어질 우려만 있는 경우에는 제2 연장부(334)만이 구비될 수 있다.
도 6은 본 발명에 의한 분리막(330) 제2 실시예의 사용상태도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 분리막(330) 제2 실시예가 적용된 전극조립체(300)의 평면도이다.
양극판(310)과 음극판(320)을 전기적으로 차단시키기 분리막(330)은, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 한 장의 시트 형상으로 형성될 수도 있고, 양극판(310)이나 음극판(320)의 적층 위치를 고정시키고 적층 공정을 단순화시키기 위해 양극판(310)이나 음극판(320)이 내부로 인입될 수 있는 포켓 형상으로 형성될 수도 있다. 이때, 음극판(320)은 일반적으로 캔(100)이나 캡(200)에 접촉되어 접지되는바, 상기 분리막(330)이 포켓 형상으로 제작되는 경우 양극판(310)이 분리막(330) 내측으로 인입되도록 구성됨이 바람직하다.
이와 같이 상기 분리막(330)이 포켓형상으로 제작되는 경우에 있어서도 상기 분리막(330)에 연장부(332)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 분리막(330)이 양극판(310) 중 양극단자(312)가 형성된 부위만 외부로 인출되고 나머지 부위는 내측으로 인입될 수 있는 포켓형상으로 형성되는 경우, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 연장부(332)는 양극단자(312)의 양면을 각각 덮도록 쌍으로 구비된다. 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 연장부(332)가 낱장 형태의 분리막(330)에 형성되는 경우와 마찬가지로 연장부(332)가 포켓형 분리막(330)에 형성되는 경우에 있어서도, 상기 연장부(332)는 양극단자(312) 전체를 덮는 것이 아니라 양극단자(312)의 안쪽(돌출방향 반대쪽) 일부만을 덮도록 구성되고, 연장부(332)의 길이는 0.2㎜㎜ 이상 10㎜ 이하로 설정되며, 연장부(332)의 폭은 양극단자(312)의 폭보다 0.2㎜ 넓게 제작됨이 바람직하다. 이와 같이 연장부(332)의 길이와 폭을 한정하는 이유는 상기 본 발명에 의한 분리막(330) 제1 실시예와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 따라서 양극판(310)이 내장된 분리막(330)과 음극판(320)이 교변으로 적층된 상태에서 도 8에 도시된 바와 같이 음극판(320)이 일측으로 틀어지게 되더라도 음극판(320)은 연장부(332)와 접촉하게 될 뿐 양극단자(312)와는 접촉되지 아니하므로 단락이 발생되지 아니하게 된다.
또한, 분리막(330)이 음극판(320)보다 크게 제작되면 분리막(330)과 음극판(320)을 교변으로 적층할 때 분리막(330)의 중심과 양극판(310)의 중심과 음극판(320)의 중심을 정확하게 일치시킬 수 없으므로, 상기 분리막(330)은 음극판(320)과 외측단이 일치하도록 제작됨이 바람직하다. 물론, 분리막(330)의 외측단 중 연장부(332)가 형성된 지점과 상기 음극단자(322)와 대응되는 지점은 음극판(320) 외측단과 일치될 수 없으므로, 상기 분리막(330)은 상기 두 지점을 제외한 부위의 외측단이 상기 음극판(320) 외측단과 일치되도록 구성되어야 할 것이다.
한편, 이차전지가 사용됨에 따라 상기 양극판(310)에 도포된 활물질은 점차적으로 성장하게 되는데, 분리막(330)이 포켓 형상으로 형성되는 경우 즉, 분리막(330)의 외측단 중 양극단자(312)가 밖으로 인출되는 지점을 제외한 나머지 부위가 밀봉되는 경우에는, 성장하는 활물질이 분리막(330) 내부를 모두 채운 후 결국에는 양극판(310) 인출지점을 통해 외부로 배출되는 현상이 발생된다. 이때, 분리막(330)에 연장부(332)가 없고 단순히 양극단자(312)가 인출될 수 있는 인출구만이 형성되면, 상기 활물질이 약간이라도 분리막(330) 외부로 배출되었을 때 활물질과 음극판(320)이 접촉되므로, 활물질을 매개체로 양극판(310)과 음극판(320)이 전기적으로 연결되어 단락이 발생된다는 문제점이 있다. 그러나 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 양극단자(312)가 인출되는 지점에 연장부(332)가 형성되면, 상기 활물질이 성장하여 분리막(330) 외부로 어느 정도 인출되더라도 연장부(332)에 의해 가려지게 되는바, 단락의 우려가 현저히 감소된다는 장점이 있다.
도 9는 본 발명에 의한 분리막(330) 제3 실시예를 포함하는 이차전지의 분해사시도이고, 도 10은 본 발명에 의한 분리막(330) 제3 실시예와 양극판(310)의 배치구조를 도시하는 평면도이며, 도 11은 본 발명에 의한 분리막(330) 제3 실시예와 음극판(320)의 적층구조를 도시하는 분해사시도이다.
이차전지는 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이 직육면체 형태로 제작될 수도 있고, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 코인 형태로 제작될 수도 있다. 이때 양극판(310)과 음극판(320)이 원판 형상으로 제작되고 캔(100)과 캡(200)이 양극판(310) 및 음극판(320)보다 지름이 약간 큰 원통 형상으로 제작되면, 양극판(310) 및 음극판(320)으로부터 양극단자(312) 및 음극단자(322)가 돌출되어 복수 개의 양극단자(312)가 일체로 결합되고 복수 개의 음극단자(322)가 일체로 결합되는 공간이 확보되지 아니하게 된다는 문제점이 있다. 물론, 양극판(310) 및 음극판(320)보다 캔(100)과 캡(200)을 크게 제작하면 양극단자(312) 및 음극단자(322)가 돌출되어 결합되는 공간이 확보될 수 있지만, 이와 같은 경우 캔(100)과 캡(200) 내부 공간 중 양극판(310)과 음극판(320)으로 채워지지 아니하는 빈 공간이 크게 발생되므로, 이차전지의 크기 대비 전지용량이 작아지게 된다는 문제점이 있다.
따라서 이차전지가 코인형으로 제작되는 경우, 양극판(310)과 음극판(320)은 하나 이상의 직선절단부(311, 321)를 갖는 원판 형상으로 형성되고 상기 양극단자(312)와 음극단자(322)는 상기 직선부로부터 돌출됨이 바람직하다. 또한, 본 실시예에 도시된 바와 같이 분리막(330)이 포켓 형상으로 형성되어 내측으로 양극판(310)이 인입되는 경우, 상기 분리막(330)은 음극판(320)과 겹쳐지도록 적층되었을 때 음극판(320)의 직선절단부(321)와 일치하는 직선정렬부(331)를 구비함이 바람직하다. 이와 같이 음극판(320)과 분리막(330)에 직선절단부(321)와 직선정렬부(331)가 구비되면, 조립자는 상기 직선절단부(321)와 직선정렬부(331)를 일치시키는 조작만으로 음극판(320)과 분리막(330)을 정확하게 상하로 적층시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 본 실시예에서는 양극판(310)과 음극판(320)에 직선절단부(311, 321)가 각각 2개씩 형성되고, 양극판(310)과 음극판(320)은 상호 반대편의 직선절단부(311, 321)로부터 양극단자(312) 및 음극단자(322)가 돌출 형성되는 구조만을 도시하고 있으나, 상기 양극판(310)과 음극판(320)에는 직선절단부(311, 321)가 동일한 측에 각각 하나씩만 형성될 수 있다. 이때, 양극단자(312) 및 음극단자(322)가 직선절단부(311, 321)의 가운데 부위로부터 돌출 형성되면, 양극판(310)과 음극판(320)이 적층되었을 때 양극단자(312)와 음극단자(322)가 상호 겹치게 되는바, 상기 양극단자(312)는 직선절단부(311) 중 어느 일측으로 치우친 지점에 형성되고, 상기 음극단자(322)는 직선절단부(321) 중 반대편 방향으로 치우친 지점에 형성되어야 할 것이다.
이차전지가 코인형으로 제작되어 분리막(330)의 전방과 후방(양극단자(312)가 돌출되는 방향과 음극단자(322)가 돌출되는 방향)에 직선정렬부(331)가 형성되는 경우에 있어서도, 연장부(332)의 길이는 0.2㎜ 이상 10㎜ 이상으로 설정되며, 연장부(332)의 폭은 양극단자(312)의 폭보다 0.2㎜ 이상 넓게 형성됨이 바람직하다. 이와 같이 이차전지가 코인형으로 제작되는 경우 연장부(332)가 추가 형성됨에 따라 얻어질 수 있는 효과는 도 6 내지 도 8에 도시된 실시예의 효과와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 실시예에서는 분리막(330)이 포켓 형태로 제작될 때 양극판(310)이 분리막(330)에 인입되는 경우만을 설명하고 있으나, 양극판(310) 대신 음극판(320)이 분리막(330)에 인입되도록 구성될 수 있다. 이와 같이 음극판(320)이 분리막(330)에 인입되는 경우, 양극판(310)이 분리막(330)과 동일한 크기로 제작되며, 음극판(320)은 분리막(330)보다 약간 작은 크기로 제작되어야 할 것이다. 또한 분리막(330)의 직선정렬부(331)는 양극판(310)의 직선절단부(311)와 일치되도록 구성되어야 할 것이다.
한편, 본 발명은 상기 언급한 바와 같이 연장부(332)가 형성된 분리막(330)을 포함하도록 구성되는 이차전지를 제공한다. 즉, 본 발명에 의한 이차전지는, 교번으로 적층되는 복수개의 양극판(310) 및 음극판(320)과, 상기 언급한 바와 같이 연장부(332)를 구조로 구성되어 상기 양극판(310) 및 음극판(320) 사이에 위치되는 분리막(330)을 구비하는 전극조립체(300); 상기 전극조립체(300)가 내부에 안착되고 전해액이 채워지는 캔(100); 및 상기 캔(100)의 입구를 밀폐시키는 캡(200);을 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 복수 개의 양극판(310)과 복수 개의 음극판(320)이 교번으로 적층된 전극조립체(300)가 캔(100)과 캡(200) 내부에 안착되도록 구성되는 경우, 캔(100)과 캡(200)이 각각 서로 다른 극의 전원단자 역할을 할 수 있도록, 상기 복수 개의 양극판(310)들로부터 돌출된 복수 개의 양극단자(312)들은 일체로 결합되어 캔(100)과 캡(200) 중 어느 하나에 연결되고, 상기 복수 개의 음극판(320)들로부터 돌출된 복수 개의 음극단자(322)들은 일체로 결합되어 캔(100)과 캡(200) 중 다른 하나에 연결될 수 있다. 이때, 캔(100)과 캡(200) 사이에는 절연재가 삽입되어 캔(100)과 캡(200)이 전기적으로 격리되도록 구성되어야 할 것이다.
도 12 및 도 13은 본 발명에 의한 분리막 제3 실시예의 결합구조를 도시하는 분해사시도 및 평면도이다.
양극단자(312)와 음극단자(322)는 도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같이 상호 반대방향으로 연장되도록 구성될 수도 있고, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 상호 겹치지 아니하도록 일정 간격 이격되어 동일한 방향으로 연장될 수도 있다. 이와 같이 양극단자(312)와 음극단자(322)가 동일한 방향으로 연장되는 경우, 상기 양극단자(312)와 음극단자(322)는 양극판((310)과 음극판(320)의 가운데 위치될 수 없고 좌우측으로 치우치도록 배치되어야 하는바, 상기 연장부(332) 역시 양극단자(312)의 위치를 따라 형성 위치가 조정되어야 할 것이다.
한편, 양극단자(312)와 음극단자(322)가 동일한 방향으로 연장되는 경우에 있어서도, 분리막(330)은 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 포켓 형상으로 제작될 수도 있고, 단순한 시트 형상으로 제작될 수도 있다. 또한, 상기 연장부(332)는 양극단자(312) 및 음극단자(322)와 모두 겹쳐지도록 형성될 수도 있고, 본 실시예에 도시된 바와 같이 양극단자(312)와만 겹쳐지도록 형성될 수도 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명은 이차전지, 에너지 저장시스템(energy storage system) 등에 이용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 양극단자가 돌출 형성되는 양극판과 음극단자가 돌출 형성되는 음극판 사이에 위치되어 상기 양극판과 음극판 간의 전류 흐름을 차단하는 이차전지 전극조립체용 분리막에 있어서,
    상기 양극단자와 상기 음극단자 중 하나 이상의 단자와 겹쳐지도록 연장되는 연장부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극조립체용 분리막.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연장부는, 겹쳐지는 단자보다 길이는 짧고 폭은 넓은 것을 특징으로 하는 이차전지 전극조립체용 분리막.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연장부의 길이는 0.2㎜ 이상 10㎜ 이하이고, 상기 연장부의 폭은 상기 단자의 폭보다 0.2㎜ 이상 넓은 것을 특징으로 하는 이차전지 전극조립체용 분리막.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연장부는, 상기 양극단자의 돌출 방향을 따라 연장되어 상기 양극단자 일측면의 전체 또는 일부를 덮는 제1 연장부와, 상기 음극단자의 돌출 방향을 따라 연장되어 상기 음극단자 일측면의 전체 또는 일부를 덮는 제2 연장부로 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극조립체용 분리막.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양극판과 음극판 중 어느 하나의 극판이 내부로 인입되되 내부로 인입된 극판 중 단자만이 외부로 인출되는 포켓형상으로 형성되며, 상기 연장부는 외부로 인출되는 단자의 양면에 각각 겹쳐지도록 쌍으로 구비되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극조립체용 분리막.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단자가 외측으로 인출되는 지점을 제외한 나머지 외측단이 밀봉되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극조립체용 분리막.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 양극판과 음극판 중 다른 하나의 극판과 외측단 일부가 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극조립체용 분리막.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 양극판과 음극판은 하나 이상의 직선절단부를 갖는 원판 형상으로 형성되고 상기 양극단자와 음극단자는 상기 직선부로부터 돌출되도록 형성되어,
    상기 양극판과 음극판 중 다른 하나의 극판과 겹쳐지도록 적층되었을 때 상기 겹쳐지도록 적층된 극판의 직선절단부와 일치하는 직선정렬부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극조립체용 분리막.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 양극판이 내부로 인입되고, 상기 음극판과 겹쳐지도록 적층되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극조립체용 분리막.
  10. 교번으로 적층되는 복수개의 양극판 및 음극판과, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 의한 분리막을 구비하는 전극조립체;
    상기 전극조립체가 내부에 안착되고 전해액이 채워지는 캔; 및
    상기 캔의 입구를 밀폐시키는 캡;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수 개의 양극판들로부터 돌출된 복수 개의 양극단자들은 일체로 결합되어 상기 캔과 캡 중 어느 하나에 연결되고, 상기 복수 개의 음극판들로부터 돌출된 복수 개의 음극단자들은 일체로 결합되어 상기 캔과 캡 중 다른 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 양극단자와 음극단자는 상호 겹치지 아니하도록 일정 간격 이격되어 동일한 방향으로 연장되고,
    상기 연장부는 상기 양극단자와 상기 음극단자 중 하나 이상의 단자와 겹쳐지도록 연장되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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