KR100284343B1 - 이차전지의 전극군 - Google Patents

Abstract

목적 : 본 발명은 이차전지의 충전과정에서 전극의 밀착성이 양호하도록 유지할 수 있는 이차전지의 전극군을 제공하는 것이 목적이다.

구성 : 세퍼레이터(22)의 양측에 양극(16)과 음극(10)으로 된 두 전극이 대면되고 평탄부(S)와 곡선부(R)를 갖는 이차전지의 전극군에서, 전극의 어느 하나는 곡선부에서 전극기재의 표면에 활물질이 도포되지 않는 무지부(19)가 배치되는 구조를 제안한다.

효과 : 활물질이 도포되는 영역에서만 충전에 따른 팽창이 이루어져 세퍼레이터를 사이에 둔 양극과 음극의 밀착성이 좋게 되어 전지의 성능 및 수명이 향상되었다.

Description

이차전지의 전극군{Flock of Electrode in secondary battery}

본 발명은 이차전지의 전극군에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 권취된 전극군을 사용하는 이차전지의 충전시 전극이 팽창되더라도 세퍼레이터를 사이에 둔 두 전극 간의 밀착성이 양호하도록 한 이차전지의 전극군에 관한 것이다.

이차 전지는 전해물질에 담겨지는 양극과 음극 사이를 연결했을 때 전해물질과 두 전극을 오가는 이온의 물리화학적 반응을 이용한 전지로써, 일차 전지와는 달리 전자 전기제품에서 소모된 에너지를 충전기에 의해 재충전하여 반복 사용할 수 있어 포터블화하는 전자 전기제품과 더불어 급속한 신장을 보이고 있다.

이러한 이차 전지는 양극이나 음극 혹은 전해물질을 어떤 물질로 사용하냐에 따라 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지, 리튬이온전지 및 리튬폴리머 전지 등으로 나뉘며, 형태적으로는 각형, 원통형 및 얇은 판형 전지로 구분된다.

통상의 이차전지는 전극군이 케이스의 내부에 전해물질과 함께 수납되고 케이스의 개구가 밀봉된 구조로 되는데, 상기 전극군은 세퍼레이터의 양측에 양극과 음극이 배치되어 절연된 구조로 된다.

특히, 도 5에 도시한 바와 같이 전극군을 권취하여 파우치의 내부에 삽입한 형태의 이차전지에서, 전극롤(2)은 세퍼레이터(4)를 사이에 양극(6)과 음극(8)이 배치된 극판군을 권취한 후 압착하여서 평탄부(S)와 곡선부(L)가 형성되도록 한다.

이 때, 음극(8)은 양극(6)보다 양이 좀 더 많게 제작되는데, 이것은 양극 활물질로 음극 활물질을 나눈 엔피 비율이 항상 1이상이 되도록 유도하여 전지의 충전시 리튬이온이 양극(6)에서 음극(8)으로 충분히 이동할 수 있는 충전 리저브를 확보하기 위함이다.

이러한 전극롤(2)은 충전과정에서 팽창이 이루어지는데, 평탄부(S)에서는 세퍼레이터(4)를 사이에 두고 두 전극이 동일한 체적으로 되어 충전에 따른 팽창이 전체에서 균일하게 발생되나, 곡선부(R)에서는 중심부에서의 체적이 바깥쪽으로 갈수록 증가하게 되어 팽창에 따른 응력이 평탄부(S)에 비해 급격함을 나타낸다.

근데, 세퍼레이터를 사이에 둔 두 전극은 밀착된 상태에서 가장 좋은 충방전 성능을 발휘하나 전술한 바와 같이 평탄부와 곡선부에서의 팽창율이 다름에 따라 세퍼레이터의 전극이 밀착되지 못하고 풀려져 전지의 성능과 수명이 저하되는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 이차전지의 충전과정에서 전극의 밀착성이 양호하도록 유지할 수 있는 이차전지의 전극군을 제공하는 것이 목적이다.

이를 위하여, 전극의 어느 하나는 곡선부에서 전극기재의 표면에 활물질이 도포되지 않는 무지부가 배치되는 구조를 제안한다.

여기서, 무지부는 전극의 길이 방향 어느 한 쪽으로 간격이 점차 줄어들게 되고, 활물질은 리튬이 함유되어 음극이 된다.

이와 같은 전극군은 세퍼레이터와 함께 두 전극이 권취된 후 압착되어 전극롤이 형성되고, 전극롤에서 두 전극 중 무지부를 갖는 전극이 나머지 전극보다 더 안쪽에 배치되는 것이다.

특히, 전극롤의 권취 중심부를 봤을 때 평탄부에서 전극기재에 활물질이 도포되며, 이상과 같은 전극롤은 파우치에 삽입될 수 있다.

이에 따라, 전극롤의 평탄부에만 활물질이 존재하게 됨으로 전극롤의 충전시 균일한 팽창이 이루어져 전극 사이의 밀착성은 양호하게 되어 전지의 성능을 그대로 유지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 이차전지의 전극군을 구성하는 음극을 도시한 도면,

도 2는 이차전지의 전극군을 구성하는 양극을 도시한 도면,

도 3은 이차전지의 전극군을 권취한 전극롤을 도시한 평면도,

도 4는 본 발명에 따른 실시예가 적용되는 이차전지를 도시한 분해 사시도.

도 5는 종래 공지된 이차전지의 전극군을 도시한 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 음극12 : 음극기재

14 : 음극 활물질16 : 양극

18 : 양극기재19 : 무지부

20 : 양극 활물질22 : 세퍼레이터

24 : 전극롤26 : 양극탭

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명에 따른 전극군의 일부인 음극을 도시한 도면이고, 도 2는 전극군의 양극을 도시한 도면이며, 도 3은 전극롤을 평면도로 나타내고 있다.

도면 부호 10은 음극으로써 음극기재(12)의 양표면에 일정한 두께로 음극 활물질(14)을 도포한 것이다. 여기서, 음극 활물질(14)은 리튬전지일 경우에 탄소 복합체를 사용하며 슬러리로 제조된 다음 음극기재(12)에 도포한 후 건조와 압연과정을 거쳐 생산된다.

양극(16)은 본 발명의 특징에 따라 양극기재(18)의 양표면에 일정한 두께로 양극 활물질(20)을 도포하되, 간헐적으로 도포하여 양극 활물질(20)이 도포되는 영역과 그렇지 않은 무지부(19)로 구분한다. 특히, 무지부(19)는 길이 방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 그 폭이 점차 좁게 되고, 이렇게 좁은 끝단이 후술하는 전극롤(24)의 중심부에 배치된다.

상술한 바와 같은 음극(10)과 양극(16)을 2개의 세퍼레이터(22) 사이에 배치하고 권취한 후 압착하면 평탄부(S)와 곡선부(R)를 가지는 전극롤(24)이 형성되고, 전극롤(24)의 가장 바깥쪽에는 음극(10)의 음극기재(12)가 배치되며 그 안쪽으로 세퍼레이터(22)를 사이에 두고 양극(16)이 배치되는 것이다.

상기 전극롤(24)은 도면에서 알 수 있듯이 전극롤(24)의 중심부를 기준으로 봤을 때 평탄부(S)에만 각각의 활물질이 도포된 양극(16)과 음극(10)이 세퍼레이터(22)를 사이에 두고 배열되고, 곡선부(R)에서는 활물질이 도포되지 않은 무지부(19)와 음극 활물질(14)이 도포된 음극(10)이 배열되어진다.

이렇게 제조된 전극롤(24)은 당연히 음극(10)이 차지하는 체적이 많게 되나, 엔피 비율을 고려했을 때 충전 리저브가 확보된 상태임으로 아무런 문제가 되지 않는다.

상기 전극롤(24)의 양극(16)과 음극(10)에는 도 4에 도시한 바와 같이 각각 양극탭(26)과 음극탭(28)을 용접하여 전극롤(24)의 상단 혹은 하단으로 인출한다.

이와 같은 전극롤(24)을 파우치(30)로 된 케이스의 내부에 삽입하고 양극탭(26)과 음극탭(28)이 파우치(30)의 외부로 인출되도록 한 상태에서 파우치(30)를 밀봉하여 이차전지를 획득하게 되는 것이다.

상기 이차전지를 충전하면 전극롤(24)은 팽창하게 되는데, 주로 평탄부(S)에서 세퍼레이터(22)를 사이에 둔 양극(16)과 음극(10)이 팽창되고, 곡선부(R)에서는 팽창이 발생하지 않는다.

따라서, 세퍼레이터(22)를 사이에 둔 두 전극 사이에 밀착성을 유지한 상태로 충전 반응이 이루어져 전지의 성능과 수명을 향상되었다.

이렇게 얻어진 이차전지는 본 발명에 따른 전극군의 일종인 전극롤을 사용함으로써 종래의 전극롤을 파우치에 삽입하여 사용했던 이차전지에서 발생되던 문제점을 해결하였다.

즉, 종래 전극롤의 곡선부는 전지의 충전과정에서 전극롤의 중심부와 바깥쪽으로 갈수록의 팽창율이 다르기 때문에 전극롤이 파우치 내부에서 풀려지는 문제점이 있었으나, 본 발명의 실시예에서는 전극롤이 파우치의 내부에 삽입되어 충전되더라도 곡선부에 충전 반응에 필요한 양극이 존재하지 않음으로 팽창 자체가 없게 된다.

이렇듯, 전극롤의 평탄부에서만 팽창이 되도록 유도함으로써 세퍼레이터를 사이에 둔 양극과 음극 사이의 밀착성이 양호하게 되어 전지의 수명이 향상된다.

Claims (7)

1. 세퍼레이터의 양측에 양극과 음극으로 된 두 전극이 대면되고 평탄부와 곡선부를 갖는 이차전지의 전극군에 있어서,

   상기 전극의 어느 하나는 상기 곡선부에서 전극기재의 표면에 활물질이 도포되지 않는 무지부가 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극군.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 무지부는 전극의 길이 방향 어느 한 쪽으로 간격이 점차 줄어드는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극군.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전극은 리튬이 함유된 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극군.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 세퍼레이터와 함께 두 전극이 권취된 후 압착되어 전극롤이 되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극군.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 전극롤에서 상기 두 전극 중 무지부를 갖는 전극이 나머지 전극보다 더 안쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극군.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 전극롤의 권취 중심부를 봤을 때 평탄부에서 전극기재에 활물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극군.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 전극롤은 파우치에 삽입되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극군.