KR100286944B1 - 각형 이차전지의 캔 - Google Patents

Abstract

목적 : 정극, 부극 및 세퍼레이터를 함께 권취한 전극 롤의 충·방전시 부피 팽창에 의해 특정 부위에서 압력 집중과 전류 밀도의 증가가 발생하고, 그로 인하여 전지의 특성이 열화되는 문제점을 해소할 수 있는 각형 이차전지의 캔을 제공함에 그 목적을 두고 있다.

구성 : 캔(40)을 횡방향으로 절개하여 볼 때 장축 방향의 중간 부위의 폭(a)을 전극 롤(2)에 맞추어 크게 형성한 구성으로 이루어진다. 중간 부위의 폭은 좌, 우측의 폭(b) 보다 1∼1.2배의 크기로 형성되는 것이며, 그 각형 캔의 내부로 수납되는 전극 롤과 전체적으로 균일하게 밀착되어서, 전지의 충·방전에 의한 전극 롤의 부피 팽창시 균일한 압력을 받도록 한다.

효과 : 압력 집중이나 전류 밀도의 증가를 방지하고, 그 결과로 리튬 석출과 전극 롤의 뒤틀림 현상을 방지할 수 있다. 또한 전극 활물질의 열화를 방지할 수 있고, 캔 내부로의 전극 롤 삽입 공정을 용이하게 실현할 수 있다.

Description

각형 이차전지의 캔{Can used in prismatic type secondary battery}

본 발명은 정극, 부극 및 세퍼레이터가 함께 권취된 전극 롤을 수납하는 것으로, 충·방전에 의한 전극 롤의 부피 팽창력을 균일하게 받도록 한 각형 이차전지의 캔에 관한 것이다.

이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지, 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 사용되고 있다.

이러한 이차전지는 외관상 원통형과 각형 전지로 구분되어 지는 바, 그 중에서 정극 활물질로 리튬-금속산화물을 사용하고, 부극 활물질로 탄소 혹은 탄소복합체를 사용하며, 유기 용매에 리튬염을 녹인 액체 전해질을 함침한 각형 리튬이온전지의 일반적인 구조가 도 3에 잘 나타나 있다.

도면에서와 같이 각형 이차전지는 정극과 부극 및 세퍼레이터를 함께 권취하여 전극 롤(2)을 형성하고, 이것을 압착하여 각형 캔(4)의 내부에 수납하며, 전극 롤(2)과 캔(4)의 사이에 판 스프링(6)을 개재하여 전지의 충·방전시 발생하는 전극 롤의 팽창, 수축을 방지하고, 다시 각형 캔(4)의 상부에 캡 어셈블리(8)를 용접한 후 액체 전해질을 주입하여 밀봉하는 구성으로 이루어진다. 전극 롤(2)의 부극은 관벽 접촉식 혹은 도시하지 않은 탭을 이용하여 캔(4)과 연결되고, 전극 롤(2)의 정극은 탭(10)을 이용하여 캡 어셈블리(8)에 연결되어진다.

여기서 전극 롤(2)은 종류에 따라 다소 차이가 있지만, 기재에 활물질을 도포 및 충전하여 정극 및 부극과 같은 전극을 제조하고, 양 전극의 사이에 세퍼레이터를 개재한 상태에서, 세퍼레이터의 단부를 권취 중심부로 더욱 돌출되게 하여 맨드렐을 이용하여 척킹하고 정극 및 부극과 함께 권취함으로써 형성되는 것이며, 각형 캔(4)에 맞도록 압착한 후 그 내부로 수납되어진다.

각형 캔(4)의 내부로 수납되는 전극 롤(2)은 전지의 충·방전시 팽창, 수축이 반복되는 바, 이 경우에 기재에 도포된 활물질의 탈락 및 열화를 방지하기 위해 판 스프링(6)과 함께 수납되어진다. 한편 도 4에서는 판 스프링(6)을 도시생략하고 있다.

그러나 지금까지의 전극 롤(2)은 도 4에서와 같이, 권취 중심부의 정극에 부착되는 탭(10)과 권취 시작점에서 선 권취되는 세퍼레이터의 접혀진 부위(2a)에 의거하여, 장축 방향을 기준으로 좌, 우측의 두께 보다 중간의 두께가 더 크게 형성되고 있다.

하지만 종래의 전극 롤(2)은 장측 및 단측의 폭이 동일한 각형 캔(4) 내부에 수납되어 지는 바, 이 경우에는 전지의 충·방전에 의한 부피 팽창시 상기 중간 부분의 압력이 특히 심하게 되어 전류 밀도가 증가하고, 그 부분에서 리튬금속의 석출이 발생하게 되며, 충·방전의 계속적인 진행에 따라 전극의 활물질이 열화되어 전지의 수명 특성이 저하되는 문제점을 초래하게 된다.

또한 종래의 전극 롤(2)은 상기와 같은 이유로 충·방전의 반복 진행시 뒤틀림 현상이 발생되고 있으며, 각형 캔(4) 내부로의 삽입 공정시 종종 중간 부분의 손상이 발생되는 문제점이 있다.

앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 전극 롤의 팽창 및 수축시 중간 부위에서 발생하는 압력 증가와 그로 인한 리튬금속 석출 및 뒤틀림 현상을 방지할 수 있도록 한 것이며, 전극 롤의 삽입을 용이하게 실현할 수 있도록 한 각형 이차전지의 캔을 제공함에 그 목적을 두고 있다.

이를 위하여 본 발명에서는 캔을 횡방향으로 절개하여 볼 때 장축 방향의 중간 부위의 폭을 전극 롤에 맞추어 크게 형성한 구성으로 이루어진다. 보다 구체적으로 중간 부위의 폭은 좌, 우측의 폭 보다 1∼1.2배의 크기로 형성되는 것이며, 그 각형 캔의 내부로 수납되는 전극 롤과 전체적으로 균일하게 밀착되어서, 전지의 충·방전에 의한 전극 롤의 부피 팽창시 균일한 압력을 받을 수 있도록 한다.

따라서 본 발명에 의하면 압력 집중이나 전류 밀도의 증가를 방지하게 되며, 그 결과로 리튬 석출과 전극 롤의 뒤틀림 현상을 방지할 수 있다. 또한 전극 활물질의 열화를 방지할 수 있고, 캔 내부로의 전극 롤 삽입을 용이하게 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 각형 이차전지를 보인 분리 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 각형 이차전지의 횡단면도.

도 3은 종래 공지된 각형 이차전지를 보인 분리 사시도.

도 4는 종래 공지된 각형 이차전지의 횡단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2-전극 롤8-캡 어셈블리

10-탭40-캔

이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시 예를 첨부 도면에 의거하여 설명한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어 종래 기술에서 인용한 부분과 동일한 구성에 대하여는 설명의 명료성을 위해 동일 부호를 사용하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 각형 이차전지를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 요부를 확대 도시한 횡단면도이다.

도면에서와 같이 본 발명의 각형 이차전지는 정극과 부극 및 그 사이에 세퍼레이터를 개재하여 함께 권취하고, 이것을 압착하여 전극 롤(2)을 형성한 것이며, 이렇게 형성한 전극 롤(2)을 캔(40)의 내부에 수납하고, 그 캔(40)의 개구에 캡 어셈블리(8)를 설치한 다음 액체 전해질을 주입하고 밀봉한 구성으로 이루어진다.

여기서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 특징적인 구성으로, 상기 정극과 캡 어셈블리(8)를 전기적으로 연결하는 탭(10)과 권취 중심부에서의 세퍼레이터의 겹침 부분(2a)으로 인하여 중간 부위가 두껍게 형성된 전극 롤(2)에 대응하기 위하여, 캔(40)의 내부 공간을 횡단면의 장축 방향을 기준으로 볼 때 중간 부위의 폭(a)을 좌, 우측의 폭(b) 보다 크게 형성하므로, 전극 롤(2)과 캔(40)이 상호 균일한 힘으로 밀착되도록 하고 있다.

보다 구체적으로 본 발명에서는 캔(40)의 횡단면의 장축 방향을 기준으로 할 때 중간 부위의 폭(a)과 좌, 우측의 폭(b) 비율을의 범위로 형성하여, 그 각형 캔(40)의 내부로 수납되는 전극 롤(2)과 전체적으로 균일하게 밀착되도록 하고, 전지의 충·방전에 의한 전극 롤의 부피 팽창시 균일한 압력을 받을 수 있도록 한 것이다.

이때 본 발명의 각형 캔(40)은 Fe 혹은 Al 재료를 사용하여 제조할 수 있다.

따라서 본 발명의 각형 캔(40)은 전극 롤(2)의 중간 부위에서 발생하는 압력이나 전류 밀도의 증가를 방지할 수 있으며, 전지의 충·방전시 전극에 흐르는 전류를 일정하게 하여 리튬금속의 석출이나 활물질의 열화를 방지할 수 있다.

이렇게 제조된 본 발명의 각형 캔(40)은 전극 롤(2)의 부극과 접속된 상태로 그 전극 롤(2)을 수납하게 되는 바, 이때 전극 롤(2)은 캔(40)의 중간 부위가 넓어진 구조에 의해 용이하게 삽입되어 지며, 그 전극 롤(2)의 외주에 도시하지 않은 판 스프링을 개재하여 전극 롤(2)의 부피 팽창 및 수축을 어느 정도 보상할 수 있다.

전극 롤(2)이 수납된 캔(40)은 상측 개구에 부극 플레이트, 절연판 및 정극 플레이트를 리벳을 이용하여 조립한 캡 어셈블리(8)를 용접한 다음, 부극 플레이트에 형성된 전해액 주입구를 통해 액체 전해질을 주입하고, 플러그를 밀봉함으로써 전지로 제작되어 진다.

이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 각형 이차전지의 캔은 전극 롤과의 밀착성을 전체적으로 균일하게 함으로써 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.

즉 본 발명의 캔은 전극 롤의 중간 부위에서 발생하는 압력 집중이나 전류 밀도의 증가를 방지할 수 있으며, 전지의 충·방전시 전극으로 흐르는 전류를 일정하게 하여 리튬금속의 석출이나 활물질의 열화를 방지할 수 있고, 그 결과로 전지의 안정성과 수명 특성을 향상시킬 수 있다.

또 본 발명에 의하면 캔과 전극 롤의 균일한 밀착력에 의해 뒤틀림 현상을 방지할 수 있으며, 아울러 전극 롤의 삽입 공정을 용이하게 실현할 수 있다.

Claims (3)

1. 정극과 부극 및 세퍼레이터를 함께 권취 형성한 전극 롤이 수납되는 것으로, 상기 전극 롤에 대한 압력을 균일하게 형성하기 위해 그 전극 롤을 기준으로 횡방향으로 절개하여 볼 때, 장축 방향에서의 중간 부위의 폭을 좌, 우측의 폭 보다 크게 형성한 것을 특징으로 하는 각형 이차전지의 캔.
2. 제 1 항에 있어서, 중간 부위의 폭은 좌, 우측의 폭 보다 1∼1.2배의 크기로 형성한 것을 특징으로 하는 각형 이차전지의 캔.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 캔의 재질은 Fe 혹은 Al인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지의 캔.