KR100513639B1 - 리튬 이온 2 차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 도전성 분말과 활물질을 혼합하여 성형된 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되며 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터(Seperator)가 교번하여 적층된 전극 조립체; 상기 양극판 및, 음극판의 일측에 각각 접합되는 것으로, 일측 표면에 상기 양극판과 음극판 각각을 향해서 돌출된 돌출부가 형성된 탭과; 상기 탭에 연결된 리이드와; 상기 전극 조립체를 내측에 수용하며 커버가 일체로 형성된 케이스;를 구비한 리튬 이온 2 차 전지가 제공된다.

Description

리튬 이온 2 차 전지{Lithium ion secondary battery}

본 발명은 리튬 이온 2 차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펠렛형 극판을 구비한 리튬 이온 2 차 전지에 관한 것이다.

전자 기기, 예컨대 휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터 등의 소형화, 경량화 및 무선화가 급속하게 진행됨에 따라 그 구동전원으로서 에너지밀도가 높은 리튬 2차 전지가 활발히 개발되고 있다. 리튬 2 차 전지들중 하나인 리튬 이온 전지는 여러가지 형상을 가지고 제작되는데, 예를 들면 원통형, 각형, 버튼형 또는 파우치형으로 제작된 케이스 내에 수용된다. 리튬 이온 2 차 전지는 그 형상이 어떠한 것이든간에 양극판 및, 음극판을 세퍼레이터로 분리하도록 상호 적층시키고, 상기 양극판과 음극판으로부터 인출된 탭을 리이드로 연결하여 케이스의 외부로 연장시키는 형태를 가진다. 한편, 양극판 및, 음극판은 각각 집전체상에 활물질을 도포하여 제작되거나, 또는 도전성 분말과 활물질을 혼합하여 펠렛으로 성형하여 제작할 수 있다.

도 1은 통상적인 파우치형(pouch-type) 리튬 이온 2 차전지의 구조를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.

도면을 참조하면, 리튬 이온 2 차전지는 그리드(Grid)에 전극 활물질을 도포하여 제작된 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 것으로 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터(Seperator)가 적층된 구조로 되어 있는 전극 조립체를(11)을 구비한다. 또한 상기 양극판의 일측에는 양극 탭(12a)이 형성되고, 상기 음극판의 일 측에는 음극 탭(13a)이 형성된다. 도면에 도시된 바와 같이 양극 및 음극 탭(12a, 13a)은 일정한 간격을 두고 나란하게 배치된다. 상기 탭(12a, 13a)들은 리이드(14, 15)에 연결됨으로써 외부 회로와 접속된다.

상술한 전극 조립체(11), 양극 탭(12a), 음극 탭(13a) 및, 양극 리이드(14)와 음극 리이드(15)는 절연성 케이스(16) 및 그와 일체로 형성된 커버(16a)에 의해 밀봉된다. 상기 절연성 케이스(16)와 커버(16a)는 통상적으로 알루미늄 박막의 상, 하면위에 열접착성 물질이 적층된 형태를 가지며, 열접착성 물질이 상호 접착됨으로써 그 내부를 밀봉하고 있다. 또한 전지 셀(11)과 외부와의 전기적인 연결을 위하여 양극 리이드(14)와 음극 리이드(15)의 일부가 외부로 노출된 상태에서 절연성 케이스(16)에 의해 밀봉된다.

상기와 같은 구조를 가지는 리튬 이온 전지의 전극 조립체(11)는 양극판 및, 음극판이 그리드 형태의 집전체상에 활물질을 충전시키는 형태이므로 양극탭(12a)과 음극탭(13)을 형성하는 것이 용이하다. 즉, 알루미늄 박판과 같은 재료로 집전체를 형성하므로, 집전체의 일측에 탭을 형성하기 위한 부위를 확보하거나, 또는 별도로 탭을 제작하는 경우라도 집전체상에 용접하는 것이 상대적으로 용이하였다. 그러나, 도전성 분말과 활물질을 혼합하여 몰딩함으로써 제작되는 펠렛형 리튬 이온 전지에서는 탭을 펠렛상에 접합하는 것이 용이하지 않으며, 따라서 완성된 전지에 불량이 발생할 가능성이 매우 크다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 개선된 탭과 펠렛형 극판이 상호 접합되어 있는 리튬 이온 2 차 전지를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 도전성 분말과 활물질을 혼합하여 성형된 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되며 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터(Seperator)가 교번하여 적층된 전극 조립체; 상기 양극판 및, 음극판의 일측에 각각 접합되는 것으로, 일측 표면에 상기 양극판과 음극판 각각을 향해서 돌출된 돌출부가 형성된 탭과; 상기 탭에 연결된 리이드와; 상기 전극 조립체를 내측에 수용하며 커버가 일체로 형성된 케이스;를 구비한 리튬 이온 2 차 전지가 제공된다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 돌출부는 엠보싱의 형상을 가진다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 돌출부는 탭의 일부를 절개하여 접어서 형성된다.

또한 본 발명에 따르면, 도전성 분말과 활물질을 혼합하여 성형된 원형의 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되며 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터를 교번하여 적층시킨 전극 조립체; 상기 양극판 및, 음극판의 일측에 각각 접합되는 것으로, 일측 표면에 상기 양극판과 음극판 각각을 향해서 돌출된 돌출부가 형성된 탭과; 상기 전극 조립체를 내측에 수용하며, 상기 양극판에 접합된 탭이 그 내표면에 접합되는 캔과; 상기 캔을 밀폐시키는 것으로서, 상기 음극판에 접합된 탭이 그 내표면에 접합되는 캡과; 상기 캔과 캡 사이에 게재되어 상기 캡과 캔을 절연시키는 가스켓;을 구비하는 리튬 이온 2 차 전지가 제공된다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2 에 도시된 것은 본 발명에 따른 리튬 이온 2 차 전지에 대한 개략적인 분해 사시도이며, 이것은 파우치(pouch)를 케이스로 하는 예에 대한 것이다.

도면을 참조하면, 절연성 케이스(26)의 내측에 음극판(21), 세퍼레이터(22) 및, 양극판(23)을 교번하여 적층시킨 전극 조립체가 수용된다. 상기 음극판(21)과 양극판(23)은 도 1 에 도시된 예와는 달리 도전성 분말과 활물질을 혼합하여 성형한 펠렛형 전극이다. 따라서 그리드와 같은 집전체를 사용하지 않고 제작되는 것이다.

각 전극판에는 탭이 연결된다. 음극탭(24)은 음극판(21)의 일측에 연결되며, 양극탭(25)은 양극탭(25)의 일측에 연결된다. 또한 음극탭(24)에는 극판 연결부(24a)와 리이드 연결부(24b)가 형성되는데, 상기 극판 연결부(24a)에는 본 발명의 특징에 따라서 돌출부가 형성된다. 도 2 에 도시된 것은 돌출부가 엠보싱의 형태로 형성된 예를 나타낸 것이다. 이러한 돌출부는 탭을 펠렛형 전극판에 안정적으로 연결시키는 역할을 하며, 이에 관해서는 이후에 보다 상세하게 설명될 것이다.

음극탭(24)에는 음극 리이드(26)가 연결되고, 양극탭(25)에는 양극 리이드(27)가 연결된다. 전극 조립체가 절연성 케이스(26)의 내측에 수용되고 커버(26a)가 상기 절연성 케이스(26)를 폐쇄할때 각 리이드(26,27)들은 케이스(26)의 외부로 인출된다. 도면 번호 24' 로 표시된 것은 표시된 것은 적층된 다른 음극판에 대하여 연결된 음극탭을 나타낸다. 동일한 극성을 가지는 극판들에 대해서는 상하로 동일한 위치에서 탭이 연결되며, 탭들은 중첩되어 하나의 리이드에 연결된다.

도 3 에 도시된 것은 본 발명의 특징에 따른 탭의 일 실시예를 도시하는 사시도이다.

도면을 참조하면, 탭(24)은 극판 연결부(24a)와 리이드 연결부(24b)가 일체로 형성되며, 상기 극판 연결부(24a)에는 돌출부로서 엠보싱(31)이 형성된다. 리이드 연결부(24b)는 위에서 설명된 바와 같이 리이드에 대하여 연결되거나, 또는 상하로 동일한 위치에 있는 다른 탭에 대하여 중첩되어 연결된다. 엠보싱(31)은 펠렛형 극판에 대한 탭의 접합성을 향상시키기 위한 것이다. 즉, 엠보싱(31)의 돌출된 부분을 극판의 표면에 대하여 압착하면 접합성이 향상될 수 있는 것이다.

도 4 에 도시된 것은 본 발명에 따른 리튬 이온 2 차 전지에 구비되는 탭의 다른 실시예에 대한 사시도이다.

도면을 참조하면, 탭(41)은 극판 연결부(41a)와 리이드 연결부(41b)를 가지는데, 상기 극판 연결부(41a)에는 그것의 일부를 절개하여 접어서 형성한 절개 돌출부(43)가 구비된다. 절개 돌출부(43)는 극판 연결부(41a)의 평면으로부터 직각으로 돌출하도록 형성되며, 탭(41)을 극판에 접합하였을때 절개 돌출부(43)가 극판의 내부로 파고 들어갈 수 있도록 형성된다.

도 5 에 도시된 것은 본 발명에 따른 버튼형 리튬 이온 2 차 전지의 개략적인 단면도이다.

도면을 참조하면, 버튼형 리튬 이온 전지는 캔(51)과, 상기 캔(51)의 개방된 공간을 폐쇄하는 캡(52)과, 상기 캔(51)과 캡(52)을 상호 절연시키는 가스켓(53)과, 상기 캔(51)과 캡(52)으로 형성되는 내부 공간에 수용된 전극 조립체를 구비한다. 전극 조립체는 음극 펠렛(55), 세퍼레이터(56) 및, 양극 펠렛(54)을 교번하여 적층시킴으로써 이루어진다. 각 극판 펠렛은 위에서 설명된 바와 같이 도전성 분말과 활물질을 혼합하여 성형함으로써 제작된 것이다. 음극 펠렛(55)에 대해서는 음극 탭(57)이 연결되며, 음극 탭(57)은 캡(52)의 내표면에 대하여 접합된다. 양극 펠렛(54)에 대해서는 양극 탭(58)이 연결되며, 양극 탭(58)은 캔(51)의 내표면에 대하여 접합된다.

도 6 에는 도 5 에 도시된 버튼형 전지의 일부 구성을 발췌하여 도시한 분해 사시도이다.

음극 펠렛(55), 세퍼레이터(56) 및, 양극 펠렛(54)은 도면에 도시된 바와 같이 원형으로 형성되며, 각 펠렛에는 탭(57, 58)이 연결된다. 탭들은 도 3 을 참조하여 설명된 바와 같이 펠렛 연결부(63)상에 돌출부로서 엠보싱(61)이 형성된 것이다. 이러한 엠보싱(61)은 펠렛에 대한 접합성을 향상시킨다. 탭(57)의 다른 연결부는 캡(52)의 내표면에 대하여 접합된다.

도 2 내지 도 5 를 참조하여 설명된 리튬 이온 2 차 전지에 구비되는 펠렛형 전극은 제조시에 성형 압력이 2,000 PSI 내지 20,000 PSI 에서 성형되는 것으로 최종적이 두께는 0.1 내지 1.5 mm 에 이르게 된다. 또한 음극 극판에 연결되는 탭들은 니켈로 제작되는 것이 바람직스럽고, 양극 극판에 연결되는 탭들은 알류미늄이나 스테린레스 스틸로 제작되는 것이 바람직스럽다.

본 발명에 따른 리튬 이온 2 차 전지는 펠렛형 극판에 대하여 접합성이 향상된 탭을 이용하여 전기적인 연결이 이루어지므로, 완성된 제품의 안정성과 신뢰성이 향상된다는 장점이 있다. 또한 탭의 일측에 엠보싱 또는 돌출부가 형성된 것은 탭의 접합 작업을 용이하게 하는 부가적인 장점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 통상적인 집전체를 이용한 리튬 이온 폴리머 전지의 개략적인 구조를 도시한 사시도.

도 2 는 본 발명에 따른 리튬 이온 2 차 전지에 대한 개략적인 분해 사시도.

도 3 은 본 발명에 따른 리튬 이온 2 차 전지에 구비되는 탭의 일 실시예에대한 사시도.

도 4 는 본 발명에 따른 리튬 이온 2 차 전지에 구비되는 탭의 다른 실시예에 대한 사시도.

도 5 는 본 발명에 따른 리튬 이온 2 차 전지의 다른 예에 대한 개략적인 단면도.

도 6 은 도 5 의 일부 구성에 대한 발췌 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11...전지 셀 12a...양극 탭

13...음극판 13a...음극 탭

14, 15...리이드 16...절연성 케이스

16a...커버 21. 음극판

22. 세퍼레이트 23. 양극판

Claims (6)

1. 도전성 분말과 활물질을 혼합하여 성형된 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되며 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터(Seperator)가 교번하여 적층된 전극 조립체;

   상기 양극판 및, 음극판의 일측에 각각 접합되는 것으로, 일측 표면에 상기 양극판과 음극판 각각을 향해서 돌출된 돌출부가 형성된 탭과;

   상기 탭에 연결된 리이드와;

   상기 전극 조립체를 내측에 수용하며 커버가 일체로 형성된 케이스;를 구비한 리튬 이온 2 차 전지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 돌출부는 엠보싱의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2 차 전지.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 돌출부는 탭의 일부를 절개하여 접어서 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2 차 전지.
4. 도전성 분말과 활물질을 혼합하여 성형된 원형의 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되며 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터를 교번하여 적층시킨 전극 조립체;

   상기 양극판 및, 음극판의 일측에 각각 접합되는 것으로, 일측 표면에 상기 양극판과 음극판 각각을 향해서 돌출된 돌출부가 형성된 탭과;

   상기 전극 조립체를 내측에 수용하며, 상기 양극판에 접합된 탭이 그 내표면에 접합되는 캔과;

   상기 캔을 밀폐시키는 것으로서, 상기 음극판에 접합된 탭이 그 내표면에 접합되는 캡과;

   상기 캔과 캡 사이에 게재되어 상기 캡과 캔을 절연시키는 가스켓;을 구비하는 리튬 이온 2 차 전지.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 돌출부는 엠보싱의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2 차 전지.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 돌출부는 탭의 일부를 절개하여 접어서 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2 차 전지.