KR100686851B1 - 리튬 이차전지용 복합재료 테이프 및 이를 이용한 리튬이차전지 - Google Patents
리튬 이차전지용 복합재료 테이프 및 이를 이용한 리튬이차전지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 리튬 이차전지용 복합재료 테이프 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 특히 유기재료와 무기재료가 혼합된 복합재료로 형성되어 절연성 또는 내열성이 향상된 리튬 이차전지용 복합재료 테이프 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지, 복합재료, 유기재료, 무기재료, 절연성, 단열성
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프의 부분단면도를 나타낸다.
도 2는 캔형 리튬 이차전지의 분리 사시도를 나타낸다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프로 형성된 단열테이프가 적용된 전극조립체의 권취 전 사시도를 나타낸다.
도 3b는 도 3a의 제1극판의 후면도를 나타낸다.
도 4는 도 3a의 전극조립체의 권취 후 평면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예를 따른 복합재료 테이프로 형성된 단열테이프가 적용된 전극조립체의 권취 후 평면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프로 형성된 절연테이프가 적용된 전극조립체의 권취 전 평면도를 나타낸다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프로 형성된 제1극집전체의 일면에 코팅된 제1극활물질층의 돌출부에 부착되는 절연테이프를 포함하는 제1극판의 측면도를 나타낸다.
도 7b는 도 7a의 평면도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프로 형성된 절연테이프를 포함하는 전극조립체의 권취 전 사시도를 나타낸다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프로 형성된 절연테이프가 적용된 파우치형 리튬 이차 전지의 밀봉 전의 사시도를 나타낸다.
도 9b는 도 9a의 파우치형 리튬 이차전지의 밀봉 후 A-A 단면도를 나타낸다.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프로 형성된 단열테이프가 적용된 파우치형 리튬 이차전지의 사시도이다.
도 10b는 도 10a의 B-B 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프로 형성된 접착테이프가 적용되는 팩형 리튬 이차전지의 분리 사시도를 나타낸다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10 - 복합재료 테이프 12 - 유기재료
14 - 무기재료 16 - 접착제층
본 발명은 리튬 이차전지용 복합재료 테이프 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 특히 유기재료와 무기재료가 혼합된 복합재료로 형성되어 절연성 또는 내열성이 향상된 리튬 이차전지용 복합재료 테이프 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
통상적으로, 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
이러한 이차전지로는 리튬 이차전지, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지등이 있다. 특히, 상기 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.7V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
상기 리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 고분자 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 분류된다. 또한, 상기 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과 캔형과 파우치형을 들 수 있다.
상기 리튬 이차전지는 다른 이차전지에 비하여 에너지 밀도가 높기 때문에 전기가 발생되는 양극판과 양극탭 등 양극을 구성하는 양극부분과 음극판 및 음극탭 등 음극을 구성하는 음극부분 사이의 전기 절연 및 단열이 매우 중요하게 된다. 먼저, 리튬 이차전지에 사용되는 전극조립체는 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 게재되어 젤리-롤 형태로 권취되어 형성되어, 양극판과 음극판이 세퍼레이터로 절연된다. 또한, 상기 전극조립체에 연결되는 전극탭은 외면에 절연테이프가 접착되어 전극탭과 전극조립체 또는 전극탭과 캔 또는 전극탭과 캡조립체 사이의 전기절연성을 확보하게 된다.
한편, 상기 리튬 이차전지는 에너지 밀도가 높기 때문에 이차전지의 충방전시 열이 상대적으로 많이 발생되며 특히 이차전지의 과충방전 또는 전극의 쇼트시에 리튬 이차전지의 내부에 발열이 발생하게된다. 일반적으로 상기 전극조립체는 음극판과 양극판이 세퍼레이터 사이에서 서로 절연되면서 세퍼레이터를 통하여 전기 화학 반응이 진행되므로 전극조립체에서 발열이 많이 발생된다. 특히 전극조립체에서 전극판과 전극탭이 용접되는 부위는 이종금속이 접합되는 부위이므로 내부 저항(internal resistance, IR)이 증가되어 발열이 집중된다. 따라서, 전극탭과 세퍼레이터가 접촉되는 부분에는 세퍼레이터가 발열에 의하여 손상되는 것을 막기 위해서 수지로 형성되는 단열테이프를 접착시키게 된다.
최근에는 리튬 이차전지의 고용량화가 진행됨에 따라 리튬 이차전지의 에너지 밀도가 증가되고 있다. 따라서 리튬 이차전지는 내부에서의 발열 가능성이 증대되고 이에 따라 전지 내부에서의 단락 등 이상작동 가능성이 증가되고 있다. 그러나 리튬 이차전지에서 전기 절연에 사용되는 절연테이프나 단열에 사용되는 단열테이프는 대부분 PI(polyimide), PET(polyethyleneterephthalate), PP(polypropylene)와 같은 유기재료로 형성되므로, 리튬 이차전지의 발열 증가에 따라 테이프의 내열성 및 내절연성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유기재료와 무기재료가 혼합된 복합재료로 형성되어 절연성 또는 내열성이 향상된 리튬 이차전지용 복합재료 테이프 및 이를 이용한 리튬 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 리튬 이차전지용 복합재료 테이프는 기지를 이루는 유기재료와 상기 유기재료에 분산되는 무기재료를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 복합재료 테이프는 적어도 일면에 접착제층이 형성될 수 있다. 이때, 상기 유기재료는 PI, PET, PP, PPS, PE, PPE 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 무기재료는 산화물 또는 질화물로 형성될 수 있으며, 상기 산화물은 Al2O3, TiO2, ZrO2, SiO2, MnO2, MgO 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 질화물은 Si3N4, BN 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 무기재료는 구형 또는 휘스커 또는 판형의 입자로 형성될 수 있으며, 상기 무기재료는 구형 또는 휘스커의 직경 또는 판형의 두께가 복합재료 테이프 두께의 50%보다 작게 형성될 수 있다. 또한, 상기 무기재료는 상기 복합재료 테이프의 전체중량 대비 20% 내지 80%로 포함되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 무기재료는 상기 복합재료 테이프의 전체부피 대비 20 내지 80%로 포함되어 형성될 수 있으며 바람직하게는 상기 복합재료 테이프의 전체부피 대비 20% 내지 50%가 되도록 포함되어 형성된다. 또한, 상기 복합재료 테이프는 5 ∼ 200㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 적어도 일면에 전극활물질층이 형성된 제1극판 및 제2극판, 상기 제1극판 및 제2극판을 절연시키는 세퍼레이터가 권취되어 형성된 전극조립체와 상기 제1극판 및 제2극판 가운데 적어도 하나에서 전극 활물질층의 종단부에 형성되는 돌출부의 적어도 하나를 감싸도록 형성되는 절연테이프를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 절연테이프는 유기재료와 무기재료의 복합재료 테이프로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 복합재료 테이프는 상기에서 기술한 복합재료 테이프로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 제1극집전체와 제2극활물질층을 구비하며 적어도 일측에 제1극무지부가 형성된 제1극판과, 제2극집전체와 제2극활물질층을 구비하며 적어도 일측에 제2극무지부가 형성된 제2극판 및 상기 제1극판과 제2극판을 절연시키는 세퍼레이터가 함께 권취되어 형성되며, 상기 제1극판과 제1극판 일측의 제1극무지부와 제2극무지부에 각각 제1극탭과 제2극탭이 고정되는 전극조립체를 구비하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 제1극판과 제2극판 및 세퍼레이터가 권취될 때 상기 전극조립체의 내주부에 위치되는 상기 제2극판의 제2극활물질층의 말단을 포함하는 제2극무지부 영역에 대응되는 위치의 적어도 하나의 세퍼레이터 일면에 접착되는 절연테이프를 포함하며, 상기 절연테이프는 유기재료와 무기재료의 복합재료 테이프로 형성될 수 있다. 이때, 상기 절연테이프는 상기에서 기술한 복합재료 테이프로 형성될 수 있다. 또한, 상기 리튬 이차전지는 상기 전극조립체의 외주부에 위치되는 상기 제1극판의 제1극활물질층의 말단을 포함하는 제1극무지부 영역에 대응되는 위치의 세퍼레이터 일면에 접착되는 절연테이프를 더 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 절연테이프는 상기 제2극집전체의 제2극무지부와 접촉되지 않는 세퍼레이터 면에 접착되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차전지는 파우치와 상기 파우치 내부 에 수용되는 전극조립체 및 상기 전극조립체로부터 파우치 외부로 인출되는 제1극탭과 제2극탭을 구비하는 베어셀과 상기 베어셀에 전기적으로 연결되어 제1극탭과 제2극탭이 인출되는 베어셀 영역의 외측에 고정되는 보호회로 기판을 포함하는 파우치형 리튬 이차전지에 있어서, 소정 크기와 두께의 판 형상 테이프로 형성되며, 상기 베어셀과 상기 보호회로 기판 사이에 부착되어 보호회로 기판을 베어셀에 고정하는 단열테이프를 포함하며, 상기 단열테이프는 유기재료와 무기재료가 혼합되어 형성되는 복합재료 테이프로 형성될 수 있다. 이때, 상기 단열테이프는 상기에서 기술한 복합재료 테이프로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 팩형 리튬 이차전지는 캔과 상기 캔의 내부에 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체와 전해액이 수용되는 베어셀과 상기 베어셀과 전기적으로 연결되는 보호회로 기판과 상기 베어셀과 보호회로기판이 수용되며 상부케이스와 하부케이스를 구비하는 외장케이스를 포함하는 팩형 리튬 이차전지에 있어서, 상기 베어셀과 하부 케이스 또는 상부 케이스의 내면 사이에 접착되어 베어셀을 케이스 내부에 고정하는 접착테이프를 포함하며, 상기 접착테이프는 유기재료와 무기재료의 복합재료 테이프로 형성될 수 있다. 이때, 상기 접착테이프는 상기에서 기술한 복합재료 테이프로 형성될 수 있다. 또한, 상기 접착테이프는 무기재료로 Al2O3를 포함하여 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세 히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프의 부분단면도를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프(10)는, 도 1을 참조하면, 대략 평판의 형상으로 기지를 이루는 유기재료(12)와 상기 유기재료(12)에 분산되는 무기재료(14)를 포함하는 복합재료로 형성된다. 즉, 상기 복합재료 테이프(10)는 용융점이 상대적으로 낮은 유기재료(12)와 용융점이 상대적으로 높은 무기재료(14)가 소정 비율로 혼합되어 형성된다. 상기 복합재료 테이프(10)는 온도가 높아져 유기재료(12)가 용융되면서 테이프의 형태가 소실되지 않더라도 무기재료(14)에 의하여 단열기능 및 절연기능이 유지된다. 따라서, 상기 복합재료 테이프(10)는 기존의 유기재료에 의한 테이프보다 높은 온도에서도 단열기능과 절연기능을 유지할 수 있게 된다.
또한, 상기 복합재료 테이프(10)는 사용되는 목적에 따라 일면 또는 양면에 별도의 접착제가 도포되어 접착제층(16)이 형성될 수 있으며, 접착제층(16)에 의하여 필요한 부위에 접착된다. 상기 복합재료 테이프(10)는 가열 가압 또는 열융착에 의하여 필요한 위치에 접착된다. 그러나, 복합재료 테이프(10)는 적용되는 위치에 따라서는 가열 가압 또는 열융착될 수 없으며, 이러한 경우에는 적어도 일면에 접착체층이 형성되어 부착된다.
상기 복합재료 테이프(10)는 대략 판상의 일반적인 테이프 형상으로 형성되며, 사용되는 위치와 기능에 따라 다양한 두께와 크기로 형성될 수 있음은 물론이다. 예를 들면, 상기 복합재료 테이프(10)가 전극판의 전극무지부에 용접된 전극탭 의 표면에 접착되어 세퍼레이터로 전달되는 열을 차단하는 단열테이프로 사용되는 경우, 복합재료 테이프(10)는 판상으로 형성되며, 그 두께가 5 ∼ 200㎛로 형성된다. 상기 복합재료 테이프(10)의 두께가 5㎛보다 얇으면 열차폐 또는 절연기능이 떨어지게 되며, 두께가 200㎛보다 두껍게 되면 전극조립체의 두께가 복합재료 테이프(10)가 부착된 부분에서 부분적으로 두꺼워지게 된다.
상기 복합재료 테이프(10)는 바람직하게는 유기재료(12)와 무기재료(14)의 복합재료로 형성될 때, 무기재료(14)는 복합재료 테이프(10)의 전체중량 대비 20% 내지 80%가 포함되도록 형성될 수 있다. 상기 무기재료(14)는 복합재료 테이프(10)에서의 함량이 20%보다 작게 되면 유기재료(14)의 용융시 무기재료(14) 입자가 복합재료 테이프(10)의 형상을 유지하기 어려워 복합재료 테이프(10)를 복합재료로 쓰는 효과가 없게 된다. 또한, 상기 무기재료(14)는 복합재료 테이프(10)에서의 함량이 80%를 초과하게 되면, 복합재료 테이프(10)는 무기재료(14)의 입자가 복합재료 테이프(10)의 표면에 돌출되어 표면이 균일한 테이프 형상으로 형성하기 어려우며, 형성된 복합재료 테이프(10)의 강도도 약하게 되어 사용에 문제가 있게된다.
또한, 상기 복합재료 테이프(10)는 바람직하게는 유기재료(12)와 무기재료(14)의 복합재료로 형성될 때, 무기재료(14)는 복합재료 테이프(10)의 전체부피 대비 20% 내지 80%가 포함되며, 바람직하게는 복합재료 테이프(10) 전체부피 대비 20내지 50%가 포함되어 형성될 수 있다. 상기 무기재료(14)는 복합재료 테이프(10)에서의 부피가 20%보다 작게 되면, 복합재료 테이프(10)는 고온에서 유기재료(14)의 용융시 무기재료(14) 입자가 복합재료 테이프(10)의 형상을 유지하기 어려워 복합 재료로 형성되는 효과가 없게 된다. 또한, 상기 무기재료(14)는 복합재료 테이프(10)에서의 부피가 80%를 초과하게 되면, 복합재료 테이프(10)는 표면이 균일한 테이프 형상으로 형성되기 어렵게 되는 등 사용에 문제가 있게된다.
상기 복합재료 테이프(10)는 적용되는 위치에 따라 요구되는 물성에 따라 유기재료와 무기재료가 소정 비율로 혼합되어 형성된다.
상기 유기재료(12)는 복합재료 테이프(10)의 기지 또는 매트릭스를 이루는 재료로서 복합재료 테이프(10)의 인장강도, 연신율과 같은 기계적 물성을 결정하게 된다. 또한, 상기 유기재료(12)는 유지재료가 용융되지 않는 비교적 저온에서의 단열성 및 내열성 등을 결정하게 된다. 따라서, 상기 유기재료(12)는 상기 복합재료 테이프(10)가 사용되는 목적과 위치에 따라 요구되는 기본적인 물성을 갖는 재질로 형성된다. 또한, 상기 유기재료(12)는 이차전지에 사용되는 전해액과 대부분 접촉하게 되므로 전해액에 대한 내성이 우수한 재질이 사용되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 유기재료(12)는 바람직하게는 PI(polyimide), PET(polyethyleneterephthalate), PP(polypropylene), PE(polyethylene), PPS(polyphenylene sulfide), PPE(polyphenyleneether), 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함하여 사용된다.
상기 무기재료(14)는 복합재료 테이프(10)의 기지를 이루는 유기재료(12)의 내부에 소정 형태를 갖는 분말 형상으로 분산되어 포함되며, 유기재료(12)의 고온에서의 단열성 또는 절연성을 강화하게 된다.
상기 무기재료(14)는 비전도성이면서, 용융점이 높은 재료로서, 비금속 재질 로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 무기재료(14)는 Al2O3, TiO2, ZrO2, SiO2, MnO2, MgO 등을 포함하는 산화물과 Si3N4, BN등의 질화물을 포함하는 다양한 재료 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함하여 사용될 수 있다. 이때, 상기 무기재료(14)는 복합재료 테이프(10)의 사용 목적과 사용위치에 따라 적정한 특성을 갖는 재질이 사용될 수 있음은 물론이다. 예를 들면, 상기 복합재료 테이프(10)가 파우치형 이차전지에서 파우치 팩으로부터 인출되는 전극탭의 외면에 부착되어 파우치팩과 전극탭을 절연시키는 절연테이프로 사용되는 경우에, 상기 무기재료(14)는 절연기능 외에도 열전도성이 양호한 알루미나(Al2O3) 재질이 사용되는 것이 바람직하다.
상기 무기재료(14)는 유기재료(12)내에 소정의 분말 형상으로 분산되어 포함되며, 미세한 구형입자, 휘스커(whisker), 판상입자를 포함하는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 무기재료(14)는 복합재료 테이프(10)의 두께에 따라 소정 크기의 분말 형태로 사용된다. 예를 들면, 상기 무기재료(14) 입자가 구형인 경우에는 입자의 크기는 복합재료 테이프(10) 두께의 50%보다 작은 직경을 갖도록 형성되며, 바람직하게는 복합재료 테이프(10) 두께의 10%보다 작은 직경을 갖도록 형성된다. 또한 상기 무기재료(14) 입자가 판상 또는 휘스커 형상인 경우에는 판상 입자는 복합재료 테이프(10) 두께의 50%보다 작은 두께를 갖도록 형성되며, 바람직하게는 복합재료 테이프(10) 두께의 10% 보다 작은 두께로 형성된다. 상기 무기재료(14) 입자의 직경 또는 두께가 복합재료 테이프(10) 두께의 50%보다 크게 되면 복합재료 테이프(10)의 표면이 매끄럽지 못하여 접착력이 떨어지게 된다. 즉, 상기 무기재료(14)는 그 크기가 복합재료 테이프(10) 두께의 50%보다 크게 되면, 무기재료(14)가 유기재료(12)내에 일층으로 분산되지 않는 경우에 유기재료(12)의 두께보다 두껍게 되며 복합재료 테이프(10)의 표면으로 돌출된다. 따라서, 상기 복합재료 테이프(10)는 그 표면이 매끄럽지 못하여 접착력이 떨어지게 되면, 리튬 이차전지의 충방전 과정에서 부분적인 팽창과 수축이 반복되면서 접착위치에서 이탈되는 문제가 발생될 수 있다. 또한, 상기 복합재료 테이프(10)가 파우치형 리튬 이차전지의 파우치 팩과 전극탭 사이에 사용되는 경우에 밀봉력이 약해지는 문제가 있다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프(10)가 적용되는 사례를 리튬 이차전지의 종류와 위치에 따라 설명한다. 상기 복합재료 테이프(10)가 적용되는 위치는 캔형 리튬 이차전지에서 전극조립체에 결합되는 전극탭의 전후면, 전극조립체를 구성하는 전극판에 형성되는 전극활물질층의 종단부, 전극조립체를 구성하는 세퍼레이터의 양 종단부, 파우치형 리튬 이차전지에서 전극탭이 파우치로부터 인출되는 부분, 파우치와 보호회로기판이 접촉되는 부분 등이 있다. 이하에서는 리튬 이차전지의 이러한 부분에 적용되는 복합재료 테이프(10)에 대하여 설명한다.
도 2는 캔형 리튬 이차전지의 분해사시도를 나타낸다. 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프로 형성된 단열테이프가 적용된 전극조립체의 권취 전 사시도를 나타낸다. 도 3b는 도 3a의 제1극판의 후면도를 나타낸다. 도 4는 도 3a의 전극조립체의 권취 후 평면도를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지는, 도 2를 참조하면, 전극조립체(100)와 상기 전극조립체(100)를 내부에 수용하는 캔(160) 및 상기 캔(160)의 상단개구부(160a)를 밀봉하는 캡조립체(170)를 포함하여 형성된다.
상기 캔(160)은 대략 직육면체 또는 각형의 형상을 가진 금속재로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄과 같이 가볍고 부식에 강한 금속재로 형성된다. 상기 캔(10)은 그 일면이 개구된 상단개구부(160a)를 포함하며, 상단개구부(160a)를 통해 전극조립체(100)가 수용된다. 또한, 상기 캔(160)은 상단개구부(160a)에 캡조립체(170)가 결합되며, 내부에 전해액이 주입된 후 밀봉된다. 상기 캔(160)은 캡조립체(170)를 통하여 전극조립체(160)의 양극탭 또는 음극탭과 전기적으로 연결되어 단자로서 역할을 수행한다.
상기 캡조립체(170)는 캡플레이트(171)와 절연플레이트(172)와 터미널플레이트(173) 및 전극단자(174)를 포함하여 구성된다. 상기 캡조립체(170)는 별도의 절연케이스(179)와 결합되어 캔(160)의 상단개구부(160a)에 결합되어 캔(160)을 밀봉하게 된다. 상기 전극단자(174)는 전극조립체(100)의 제1극탭(146)과 연결되며, 이차전지의 구조에 따라서는 제2극탭(136)에 연결될 수 있다.
상기 전극조립체(100)는, 도 3a와 도 3b 및 도 4를 참조하면, 제1극판(140)과 제2극판(130) 및 세퍼레이터(150)를 포함하며, 제1극판(140)과 제2극판(130) 사이에 세퍼레이터(150)가 게재되어 적층된 후 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 권취된다. 여기서 상기 제1극판(140)은 음극판으로 형성되며, 제2극판(130)은 양극판으로 형성될 수 있으며, 제1극판과 제2극판이 반대로 형성될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 전극조립체(100)의 내주부에는 제1극판(140)에 용접되어 상부로 돌출되는 제1극탭(146)이 형성되어 있으며, 외주부에는 상기 제2극판(130)에 용접되어 상부로 돌출되는 제2극탭(136)이 형성되어 있다. 여기서, 내주부는 상기 전극조립체(100)의 권취시 중심부를 의미하며, 전극조립체의 외부 쪽을 의미하며, 내주부와 대응되는 개념이다.
상기 제1극판(140)은 제1극집전체(142)와 제1극활물질층(144)과 제1극탭(146) 을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 제1전극판은 복합재료 테이프(10)로 형성되는 제1극단열판(20)을 포함하여 형성된다.
상기 제1극집전체(142)는 박판의 구리 호일로 형성되며, 제1극집전체(142)의 양면에는 탄소재를 주성분으로 하는 제1극활물질층(144)이 도포된다. 또한, 상기 제1극집전체(142)의 양단에는 제1극활물질층(144)이 코팅되지 않은 영역인 제1극무지부(143)가 형성된다.
상기 제1극탭(146)은 니켈 금속 또는 니켈 합금으로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 상기 제1극탭(146)은 제1극집전체(142)의 양단의 제1극무지부(143)중 권취시 내주부에 위치되는 제1극무지부(143)에 초음파 용접되어 고정된다. 상기 제1극탭(146)은 그 상단부가 제1극집전체(140)의 상부 위로 돌출되도록 고정되어 전극조립체(100)의 권취시 전극조립체(100)의 상부로 돌출된다.
상기 제1극단열판(20)은 상기 제1극탭(146)이 용접된 상기 제1극무지부(143)의 반대편에 접착되며, 바람직하게는 상기 제1극탭(146)이 용접된 상기 제1극무지 부(143)의 반대편에 제1극탭(146)의 접착면적보다 넓은 면적으로 형성되어 접착된다.
상기 제1극단열판(20)은 단열재로서 열차단 성능과 내열내구성이 우수한 복합재료 테이프(10)로 형성된다. 상기 복합재료 테이프(10)는 그 재질 및 일반적인 형상에 대하여는 상기에서 설명한 바 있으므로 여기서 상세한 설명은 생략한다. 상기 제1극단열판(20)은 제1극탭(146)이 용접된 제1극무지부(143)의 반대편에 형성되며, 상기 제1극단열판(20)은 제1극탭(146)에서 발생되는 열을 차단하여 제1극탭(146)에서 발생되는 열이 인접한 세퍼레이터(150)와 제2극판(130)으로 전달되지 않도록 한다. 일반적으로 리튬 이차전지는 전극조립체의 전극판과 전극탭이 용접된 부분에서 발열량이 많게 되며, 특히 음극판으로 형성되는 상기 제1극판(140)에 제1극탭(146)이 용접된 부분은 전극조립체(100)내에서 발열량이 가장 많게 된다. 따라서, 상기 제1극단열판(20)은 전극조립체(100)의 내주부에 형성되어 다른 위치보다도 열을 많이 받게 되므로 상대적으로 고온 특성이 좋은 무기재료의 함량이 많게 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1극단열판(20)은 복합재료 테이프(10)로 형성되므로 제1극탭(14)에서 발생되는 열에 의하여 온도가 높아져 유기재료(12) 부분이 용융되면서 소실되더라도 무기재료(14) 부분에 의하여 형태가 유지하게 된다. 따라서, 상기 제1단열극판(20)은 열이 세퍼레이터(150)로 전달되는 것을 최대한 차단하면서, 단열기능을 수행하게 된다. 또한, 상기 제1극단열판(20)은 유기재료와 무기재료의 복합재료로 형성되므로 절연기능도 함께 보유하게 된다.
상기 제2극판(130)은 제2극집전체(132)와 제2극활물질층(134)과 제2극탭(136)을 포함하여 구성된다.
상기 제2극집전체(132)는 박판의 알루미늄 호일로 형성되며, 제2극집전체(132)의 양면에는 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 제2극활물질층(134)이 도포된다. 또한, 상기 제2극집전체(132)는 일단 또는 양단에 제2극활물질층(134)이 코팅되지 않은 영역인 제2극무지부(133)가 소정영역으로 형성된다.
상기 제2극탭(136)은 상기 제2극무지부(133)의 일단에 위치되는 제2극무지부(133)에 초음파 용접 또는 레이저 용접에 의하여 상단부가 제2극집전체(132)의 상단부 위로 돌출되도록 고정된다. 상기 제2극탭(136)은 니켈금속 또는 니켈합금으로 형성될 수 있으나, 다만 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예를 따른 복합재료로 형성된 단열테이프가 적용된 전극조립체의 권취 후 평면도를 나타낸다.
상기 전극조립체(100a)는, 도 5를 참조하면, 제1극판(140)과 제2극판(130a) 및 제1극판(140)과 제2극판(130a) 사이에 게재되는 세퍼레이터(150)가 권취되어 형성된다. 상기 제1극판(140)과 제2극판(130a)은 각각 제1극탭(146)의 외면에 부착된 제1극단열판(20)과 제2극탭(136)의 외면에 부착된 제2극단열판(22)을 포함하여 형성된다. 즉, 상기 제2극단열판(22)은 상기 제2극탭(136)이 용접된 제2극무지부(133)의 반대편에 상기 제1극단열판(20)과 유사한 사양으로 부착되어 형성된다.
상기 제2극탭(136)은 일반적으로 전극조립체(100)의 외주부에 설치되므로 발 생되는 열이 캔(160) 방향으로 확산되지만 열이 급격히 발생되는 경우에는 열의 확산이 원활하지 못하게 되어 세퍼레이터(150) 또는 제1극판(140) 방향으로 전달되어 세퍼레이터(150)의 손상을 유발할 가능성이 있다. 따라서, 상기 제2극단열판(22)은 이러한 경우에 세퍼레이터(150)의 손상을 방지하게 된다. 다만, 상기 제2극탭(136)이 외주부에 설치되는 경우에는 제1극탭(146)부위보다 발열량이 적고, 외부로 확산되는 것이 용이하므로 제2극단열판(22)은 제1극단열판(20)보다 얇게 형성되어도 가능하게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프로 형성된 절연테이프가 적용된 전극조립체의 권취 전 평면도를 나타낸다.
상기 전극조립체(100b)는, 도 6을 참조하면, 제1극판(140b)과 제2극판(130b) 및 제1극판(140b)과 제2극판(130b) 사이에 게재되는 세퍼레이터(150)를 포함하여 형성된다. 상기 제1극판(140b)과 제2극판(130b)은 상기 제1극탭(146)과 제2극탭(136)의 외면에 접착되는 제1극절연판(25)과 제2극절연판(27)을 더 포함하여 형성된다. 상기 제1극절연판(25)과 제2극절연판(27)은 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프(10)로 형성되며, 그 재질과 형상은 상기에서 설명한 바 있으므로 여기서 상세한 설명은 생략한다. 상기 제1극절연판(25)은 제1극집전체(142)의 제1극무지부(143)에서 제1극탭(146)과 제1극단열판(20)이 형성된 면의 반대면에 부착되어 형성된다. 또한, 상기 제2극절연판(27)은 제2극집전체(132)의 제2극무지부(133)에서 제2극탭(136)과 제2극단열판(22)이 형성된 면의 반대면에 부착되어 형성된다.
상기 제1극탭(146)과 제2극탭(136)은 일반적으로 금속판을 프레스 금형으로 절단하여 형성하게 되므로, 절단과정에서 절단면에 부분적으로 또는 전체적으로 버(burr)가 형성될 수 있다. 상기 전극조립체(100b)의 권취 과정 및 압연과정에서 제1극탭(146)과 제2극탭(136)의 버는 제1극판(140b)과 제2극판(130b)을 전기적으로 절연하는 세퍼레이터(150)에 손상을 주고 나아가 세퍼레이터(150)를 관통하여 제1극판(140b)과 제2극판(130b)을 전기적으로 단락시키는 문제를 유발할 수 있다. 따라서, 상기 제1극절연판(25)과 제2극절연판(27)은 상기 제1극탭(146)과 제2극탭(136)의 외면에 부착되어 버가 노출되지 않도록 함으로써 세퍼레이터가 손상되는 것을 방지하게 된다. 또한, 상기 제1극절연판(25)과 제2극절연판(27)은 전극조립체가 권취될 때 제1극판(140b)과 제2극판(130b)에 접촉되는 다른 방향의 세퍼레이터(150a)로 전달되는 열을 차단하게 되어 세퍼레이터(150a)의 용융과 수축을 방지할 수 있게 된다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프로 형성된 제1극집전체의 일면에 코팅된 제1극활물질층의 돌출부에 부착되는 절연테이프를 포함하는 제1극판의 측면도를 나타낸다. 도 7b는 도 7a의 평면도를 나타낸다. 도 7a와 도 7b는 제1극판 또는 제2극판 중 하나의 전극판을 도시하고 있으며, 제1극판과 제2극판 모두에 절연층이 형성될 수 있음은 물론이다. 이하에서는 상기 제1극판이 도 3의 제1극판인 것을 기준으로 설명한다.
상기 제1극판(140c)은 제1극집전체(142)와 상기 제1극집전체(142)의 적어도 일면에 형성되는 제1극활물질층(144)과 상기 제1극집전체(142)에서 제1극활물질층(144)이 형성되지 않는 제1극무지부(143) 및 상기 제1극활물질층(144)의 종단부(145)에 부착되는 절연테이프(30)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 제1극무지부(143)의 일측에는 제1전극탭(146)이 형성된다. 도 7a와 도 7b에서, 상기 제1극활물질층(144)은 제1극집전체(142)의 일면에 형성되는 것으로 도시되었으나 양면에 모두 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 절연테이프(30)는 상기에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프(10)로 형성된다. 따라서, 상기 절연테이프(30)의 재질과 형상에 대해서 여기서 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 절연테이프(30)는 고온에서 절연 기능을 유지하는 것이 필요하므로, 복합재료 테이프(10)로 형성될 때 무기재료의 중량을 유기재료의 양보다 증가시키는 것이 바람직하다. 상기 절연테이프(30)는 돌출부의 크기에 따라 소정의 크기로 형성되며, 바람직하게는 돌출부(145)를 전체적으로 덮을 수 있는 크기로 형성된다. 상기 절연테이프(30)는 제1극활물질층(144)의 돌출부(145)에 부착되어, 돌출부(145)가 전극조립체의 권취 시 제1극활물질층(144)에 접촉되는 세퍼레이터(도면에 표시하지 않음, 도 3a 참조)를 손상시키는 것을 방지하게 된다. 보다 상세히 설명하면, 상기 제1극활물질층(144)은 제1극집전체(142)에 코팅될 때, 코팅이 시작되는 부분과 코팅이 종료되는 부분은 활물질층이 연속되는 부분에 비해 코팅된 슬러리가 뭉쳐 다소 돌출되는 돌출부(145)가 형성된다. 상기 전극조립체의 권취 공정 등에서 전극조립체에 압력이 가해지면 상기 돌출부(145)는 부분적으로 압력이 집중되어 제1극판(140c)과 제2극판(도면에 도시하지 않음, 도 3a 참조)을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터(도 3a 참조)에 손상을 가할 수 있다. 따라서, 상기 절연테이프(30)는 돌출부(145)의 표면에 부착되어 돌출부(145)가 직접적으로 세퍼레이터에 접촉되는 것을 방지하게 된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프로 형성된 절연테이프를 포함하는 전극조립체의 권취 전 사시도를 나타낸다.
상기 전극조립체(100c)는, 도 8을 참조하면, 제1극판(140)과 제2극판(130)과 세퍼레이터(150) 및 상기 세퍼레이터(150)의 소정위치에 접착되는 절연테이프(40)를 더 포함하여 형성된다. 상기 제1극판(140)과 제2극판(130)과 세퍼레이터(150)에 대한 설명은 상기에서 한 바 있으므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
상기 절연테이프(40)는 적어도 제1극판(140)의 높이로 형성되고, 제1극집전체(142)의 제1극무지부(143)의 소정 면적을 도포하도록 소정 폭으로 형성된다. 상기 절연테이프(40)는 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프(10)로 형성되며, 그 재질과 형상에 대한 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 절연테이프(40)는 고온에서 절연기능과 함께 형상을 유지하여 세퍼레이터(150)의 수축을 방지하여야 하므로, 복합재료 테이프(10)로 형성될 때 유기재료의 중량을 무기재료의 중량보다 크게 하는 것이 바람직하다. 상기 절연테이프(40)는, 상기 제1극판(140)과 제2극판(130) 및 세퍼레이터(150)가 권취되어 전극조립체(100)를 형성할 때, 제1극집전체(142)의 제1극무지부(143)의 끝단이 절연테이프(40)와 접촉되도록 세퍼레이터(150)의 소정위치에 부착된다. 상기 세퍼레이터(150)는 상기 제1극판(140)과 제2극판 (130)의 양측에 각각 게재되어 권취되므로 상기 세퍼레이터(150)의 일면에 접착된다. 상기 절연테이프(40)는 세퍼레이터(150)의 일정 면적과 접착되면서 세퍼레이터(150)를 잡아주게 되므로, 세퍼레이터(150)가 열을 받는 경우에 세퍼레이터의 수축을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 상기 제1극판(140)과 제2극판(130)은 절연테이프(40)에 의하여 수축이 방지되는 세퍼레이터(150)에 의하여 절연상태를 유지할 수 있게 된다. 상기 제1극판(140)이 음극판으로 형성되면, 제1극탭(146)은 음극탭으로 형성된다. 일반적으로 리튬 이차전지에서 음극탭은 전극조립체의 내주부에 위치하게 되고 음극탭(146)이 용접된 부분은 전극조립체(100)내에서 발열량이 가장 많게 된다. 따라서, 상기 절연테이프(40)는 특히 열에 의하여 수축이 심한 세퍼레이터(150)의 종단부 부분 즉, 제1극집전체(142)의 제1극무지부(143)에 대응되는 위치에서 세퍼레이터(150)의 수축을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 절연테이프(40)는 바람직하게는 제2극집전체(130)의 제2극무지부(133)와 접촉되지 않는 면의 세퍼레이터(150)에 접착되도록 한다. 상기 세퍼레이터(150)는 음극탭이 형성된 부분에서 수축이 가장 심하게 된다. 따라서, 상기 절연테이프(40)가 제1극집전체(142)의 제1극무지부(143)와 접촉되는 세퍼레이터(150)의 면에 부착되면, 제1전극탭(146)이 부착된 제1극무지부(143) 영역이 세퍼레이터(150)에 직접적으로 접촉되는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 상기 절연테이프(40)는 세퍼레이터(150)로 전달되는 열을 효과적으로 차단하여 세퍼레이터(150)가 수축되는 것을 방지할 수 있게 된다. 상기 절연테이프(40)는 상기 제2극집전체(132)의 제2극무지부(133)와 접촉하는 세퍼레이터(150) 면에 접착될 수 있음은 물 론이다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프로 형성된 절연테이프가 적용된 파우치형 리튬 이차 전지의 밀봉 전의 사시도를 나타낸다. 도 9b는 도 9a의 파우치형 리튬 이차전지의 밀봉 후 A-A 단면도를 나타낸다.
상기 파우치형 리튬 이차전지(200)는, 도 9a와 도 9b를 참조하면, 파우치(210)와 상기 파우치(210) 내부에 수용되는 전극조립체(230)를 포함하여 형성된다.
상기 파우치(210)는 대략 직방형 판상의 파우치막의 중간이 접철되어 파우치의 상부 파우치(212)와 하부 파우치(213)를 구성하게 된다. 또한, 상기 하부 파우치(213)는 프레스(press) 가공 등을 통해 전극조립체(230)가 수용되는 하부홈(216)이 형성된다. 상기 파우치(210)는 통상 금속 포일(214)과 상기 금속 포일(214)의 내외 측에 라미네이팅되는 폴리머막(215)을 포함하여 형성된다. 따라서, 상기 파우치(210)는 상부 파우치(212)와 하부 파우치(213)가 접촉된 상태에서 가열 가압되면 폴리머막(215)이 용융되어 접착되면서 상부 파우치(212)와 하부 파우치(213)가 결합되어 밀봉된다.
상기 전극조립체(230)는 양극판(231), 세퍼레이터(233), 음극판(235)의 순서로 적층된 다층막이 와형으로 권취되어 젤리 롤(Jelly Roll) 형상으로 형성된다. 상기 전극조립체(230)는 파우치(210)의 하부홈(216)에 수용되며, 파우치(210)는 가장자리부가 밀착된 상태에서 가열 가압되어 밀봉된다.
상기 양극판(231)과 음극판(235)은 일측에 각각 양극탭(237)과 음극탭(238) 이 형성되며, 파우치(210)의 외부와 전기적으로 연결된다. 상기 양극탭(237)과 음극탭(238)은 전극조립체(230)가 권취되는 방향과 수직 방향으로 돌출되도록 형성되고, 파우치(210)의 밀봉되는 한 변(218)을 통해 파우치(210)의 외부로 인출된다.
상기 양극탭(237)과 음극탭(238)은 파우치(210) 외부로 인출될 때, 파우치(210)와 접촉되는 영역에 절연테이프(50)가 부착된다.
상기 절연테이프(50)는 소정 길이로 형성되어 양극탭(237)과 음극탭(238)의 외면에 각각 부착된다. 상기 절연테이프(50)는 파우치가 가열 가압될 때 함께 가열 가압되어 용융되면서 양극탭(237) 및 음극탭(238)과 파우치(210)와 접착된다. 따라서, 상기 절연테이프(50)는 양극탭(237)과 음극탭(238)이 파우치(210)를 통하여 외부로 인출될 때, 양극탭(237) 및 음극탭(238)과 파우치(210)가 양극탭(237) 및 음극탭(238)과 파우치(210)를 절연시키게된다. 상기 절연테이프(50)는 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프(10)로 형성되며, 그 재질과 형상에 대한 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 절연테이프(50)는 파우치(210)의 테두리가 비교적 고온에서 가열 가압되면서 밀봉되므로 고온에서 절연기능을 유지하는 것이 필요하므로, 복합재료 테이프(10)로 형성될 때 무기재료의 중량을 유기재료의 중량보다 크게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 절연테이프(50)는 파우치 내부의 온도가 상승하거나, 양극탭(237)과 음극탭(238)의 온도가 국부적으로 상승하여 유기재료가 용융 되더라도 무기재료에 의하여 절연기능을 유지하게 된다. 즉, 상기 파우치(210)는 양극탭(237) 및 음극탭(238)이 외부로 인출된 상태에서 가열 가압되므로, 양극탭(237) 및 음극탭(238)이 인출되는 부분에서는 상대적으로 높은 압력을 받게 되므로 파우치(210)의 폴리머막(215)이 변형되면서 내부의 금속 포일(214)이 노출될 수 있다. 따라서, 상기 절연테이프(50)는 양극탭(237) 및 음극탭(238)과 금속 포일(214)을 절연시키게 된다.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 단열테이프가 적용된 파우치형 리튬 이차전지의 사시도이다. 도 10b는 도 10a의 B-B 단면도이다.
상기 파우치형 리튬 이차전지(200a)는, 도 10a와 도 10b를 참조하면, 베어셀(200)과 상기 베어셀(200)에 전기적으로 연결되는 보호회로 기판(250) 및 상기 베어셀(200)과 보호회로 기판(250)사이에 부착되는 단열테이프(60)를 포함하여 형성된다.
상기 베어셀(200)은, 도 9a와 도 9b에서 설명한 바와 같이, 파우치(210)와 파우치(210) 내부에 수용되는 전극조립체 및 상기 전극조립체로부터 파우치(210) 외부로 인출되는 제1극탭(237)과 제2극탭(238)을 포함하여 형성된다.
상기 보호회로 기판(250)은 제1극탭(237)과 제2극탭(238)에 전기적으로 연결되며, 베어셀(200)의 소정 위치에 안착되어 고정된다.
상기 단열테이프(60)는 소정 크기와 두께의 판 형상 테이프로 형성되며, 베어셀(200)과 보호회로 기판(250) 사이에 부착되어 보호회로 기판(250)을 베어셀(200)에 고정하게 된다. 또한, 상기 단열테이프(60)는 베어셀(200)의 내부 또는 제1극탭(237)과 제2극탭(238)에서 발생되는 열이 보호회로 기판(250)으로 전달되는 것을 방지하게 된다. 상기 단열테이프(60)는 적어도 보호회로 기판(250)의 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 보호회로 기판(250)은 베어셀(200)로부터 열이 전달되지 않으므로 비교적 낮은 온도 상태를 유지하며 정상적으로 작동하게 된다. 상기 단열테이프(60)는 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프(10)로 형성되며, 여기서 그 재질과 그 형상에 대한 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 단열테이프(60)는 접착력에 의하여 보호회로 기판을 베어셀(200)에 고정하는 기능을 수행하게 되므로, 양면에 별도의 접착체층이 형성되는 것이 필요하게 된다. 또한, 상기 단열테이프(60)는 베어셀(200)에서 다른 위치에 비하여 비교적 저온인 위치에 부착되므로, 복합재료 테이프(10)로 형성될 때 유기재료의 중량을 무기재료의 중량보다 크게 하는 것이 바람직하다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프로 형성된 접착테이프가 적용된 팩형 리튬 이차전지의 분리 사시도를 나타낸다.
상기 팩형 리튬 이차전지(300)는, 도 11을 참조하면, 베어셀(310)과 보호회로기판(320)과 외장케이스(330) 및 접착테이프(70)를 포함하여 형성된다.
상기 베어셀(310)은 외관을 형성하는 캔과 캔의 내부에 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체와 전해액이 수용되고 상부는 캡조립체로 밀봉되어 형성된다. 상기 베어셀(310)은 별도의 리드플레이트(312, 314)에 의하여 양극판과 음극판이 각각 보호회로기판(320)과 전기적으로 연결된다. 상기 보호회로기판(320)의 소정위치에는 외부기기와 연결되는 연결단자(322)가 형성된다.
상기 외장케이스(330)는 상부케이스(332)와 하부케이스(334)를 포함하며, 내 부에 소정공간을 형성하게 된다. 또한, 상기 상부케이스(332) 또는 하부케이스(334)에는 연결단자(332)가 노출되는 연결단자홈(336)이 형성된다. 상기 외장케이스(330)는 내부에 베어셀(310)과 보호회로기판(320)이 수용되어 안착되며, 상부케이스(332)와 하부케이스(334)가 용착되어 내부를 밀봉하게 된다.
상기 접착테이프(70)는 베어셀(310)과 하부 케이스(334)의 내면 또는 상부 케이스(332)의 내면 사이에 접착되어 베어셀(310)을 케이스(330)의 내부에 고정하게 된다. 상기 접착테이프(70)는 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프(10)로 형성되며, 여기서 그 재질과 그 형상에 대한 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 접착테이프(70)는 접착력에 의하여 베어셀(310)을 케이스(330)에 고정하는 기능을 수행하게 되므로, 양면에 별도의 접착체층이 형성되는 것이 필요하게 된다. 또한, 상기 접착테이프(70)는 베어셀(310)에서 발생되는 열을 케이스(330)로 빠르게 전달하여, 리튬 이차전지의 온도가 상승되는 것을 방지하게 된다. 따라서, 상기 접착테이프(70)는 복합재료로 형성될 때, 무기재료로는 열전도 특성이 우수한 Al2O3를 사용한다. 또한, 상기 접착테이프(70)는 별도의 접착체층이 형성되므로, 유기재료는 접착제의 기능보다는 형상유지 기능이 필요하며, 무기재료의 함량이 유기재료의 함량보다 많은 것이 바람직하다.
또한, 상기에서는 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프(10)의 실시예에 대하여 설명하였으나, 여기서 복합재료 테이프(10)의 사용 위치를 한정하는 것은 아니며, 절연, 또는 단열 기능을 필요로 하는 다양한 테이프에 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 테이프는 각형 및 파우치형 리튬 이차전지 뿐 아니라, 원통형 리튬 이차전지와 단추형 리튬 이차전지 및 일차전지 등에도 다양하게 적용될 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명의 복합재료 테이프에 따르면 리튬 이차전지의 내부에서 발생되는 열에 의하여 리튬 이차전지의 내부에 형성된 절연테이프 또는 단열테이프가 기능을 상실하는 것을 방지할 수 있어 리튬 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 특히, 리튬 이차전지의 과충방전시 발생되는 충방전 또는 전극 단락에 의하여 내부 온도가 급격히 상승하여 복합재료 테이프의 유기재료가 용융 되더라도 무기재료에 의하여 절연기능 또는 단열기능이 유지되므로 전극간의 추가적인 단락을 방지할 수 있는 효과가 있다.
Claims (23)
- 기지를 이루는 유기재료와 상기 유기재료에 분산되는 무기재료를 포함하여 형성되며,상기 유기재료는 PI, PET, PP, PPS, PE, PPE 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되고,상기 무기재료는 산화물 또는 질화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 복합재료 테이프.
- 제 1항에 있어서,상기 복합재료 테이프는 적어도 일면에 접착제층이 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 복합재료 테이프.
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- 제 1항에 있어서,상기 산화물은 Al2O3, TiO2, ZrO2, SiO2, MnO2, MgO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 복합재료 테이프.
- 제 1항에 있어서,상기 질화물은 Si3N4, BN 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 복합재료 테이프.
- 제 1항에 있어서,상기 무기재료는 구형 또는 휘스커 또는 판형의 입자로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 복합재료 테이프.
- 제 7항에 있어서,상기 무기재료는 구형 또는 휘스커의 직경 또는 판형의 두께가 복합재료 테이프 두께의 50%보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 복합재료 테이프.
- 제 1항에 있어서,상기 무기재료는 상기 복합재료 테이프의 전체중량 대비 20% 내지 80%로 포함되어 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 복합재료 테이프.
- 제 1항에 있어서,상기 무기재료는 상기 복합재료 테이프의 전체부피 대비 20 내지 80%로 포함되어 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 복합재료 테이프.
- 제 10항에 있어서,상기 무기재료는 상기 복합재료 테이프의 전체부피 대비 20% 내지 50%가 되도록 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 복합재료 테이프.
- 제 1항에 있어서,상기 복합재료 테이프는 5 ∼ 200㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 복합재료 테이프.
- 적어도 일면에 전극활물질층이 형성된 제1극판 및 제2극판, 상기 제1극판 및 제2극판을 절연시키는 세퍼레이터가 권취되어 형성된 전극조립체와 상기 제1극판 및 제2극판 가운데 적어도 하나에서 전극활물질층의 종단부에 형성되는 돌출부의 적어도 하나를 감싸도록 형성되는 절연테이프를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서,상기 절연테이프는 유기재료와 무기재료의 복합재료 테이프로 형성되며,상기 유기재료는 PI, PET, PP, PPS, PE, PPE 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되고,상기 무기재료는 산화물 또는 질화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 13항에 있어서,상기 절연테이프는 제 2항과 제 5항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 복합재료 테이프로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제1극집전체와 제2극활물질층을 구비하며 적어도 일측에 제1극무지부가 형성된 제1극판과, 제2극집전체와 제2극활물질층을 구비하며 적어도 일측에 제2극무지부가 형성된 제2극판 및 상기 제1극판과 제2극판을 절연시키는 세퍼레이터가 함께 권취되어 형성되며, 상기 제1극판과 제1극판 일측의 제1극무지부와 제2극무지부에 각각 제1극탭과 제2극탭이 고정되는 전극조립체를 구비하는 리튬 이차전지에 있어서,상기 제1극판과 제2극판 및 세퍼레이터가 권취될 때 상기 전극조립체의 내주부에 위치되는 상기 제2극판의 제2극활물질층의 말단을 포함하는 제2극무지부 영역에 대응되는 위치의 적어도 하나의 세퍼레이터 일면에 접착되는 절연테이프를 포함하며,상기 절연테이프는 유기재료와 무기재료의 복합재료 테이프로 형성되며,상기 유기재료는 PI, PET, PP, PPS, PE, PPE 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되고,상기 무기재료는 산화물 또는 질화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 15항에 있어서,상기 절연테이프는 제 2항과 제 5항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 복합재료 테이프로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 15항에 있어서,상기 전극조립체의 외주부에 위치되는 상기 제1극판의 제1극활물질층의 말단을 포함하는 제1극무지부 영역에 대응되는 위치의 세퍼레이터 일면에 접착되는 절연테이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 15항에 있어서,상기 절연테이프는 상기 제2극집전체의 제2극무지부와 접촉되지 않는 세퍼레이터 면에 접착되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 파우치와 상기 파우치 내부에 수용되는 전극조립체 및 상기 전극조립체로부터 파우치 외부로 인출되는 제1극탭과 제2극탭을 구비하는 베어셀과 상기 베어셀에 전기적으로 연결되어 제1극탭과 제2극탭이 인출되는 베어셀 영역의 외측에 고정되는 보호회로 기판을 포함하는 파우치형 리튬 이차전지에 있어서,소정 크기와 두께의 판 형상 테이프로 형성되며, 상기 베어셀과 상기 보호회로 기판 사이에 부착되어 보호회로 기판을 베어셀에 고정하는 단열테이프를 포함하며,상기 단열테이프는 유기재료와 무기재료의 복합재료 테이프로 형성되며,상기 유기재료는 PI, PET, PP, PPS, PE, PPE 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되고,상기 무기재료는 산화물 또는 질화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지.
- 제 19항에 있어서,상기 단열테이프는 제 2항과 제 5항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 복합재료 테이프로 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지.
- 캔과 상기 캔의 내부에 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체와 전해액이 수용되는 베어셀과 상기 베어셀과 전기적으로 연결되는 보호회로 기판과 상기 베어셀과 보호회로기판이 수용되며 상부케이스와 하부케이스를 구비하는 외장케이스를 포함하는 팩형 리튬 이차전지에 있어서,상기 베어셀과 하부 케이스 또는 상부 케이스의 내면 사이에 접착되어 베어셀을 케이스 내부에 고정하는 접착테이프를 포함하며,상기 접착테이프는 유기재료와 무기재료의 복합재료 테이프로 형성되며.상기 유기재료는 PI, PET, PP, PPS, PE, PPE 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되고,상기 무기재료는 산화물 또는 질화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 팩형 리튬 이차전지.
- 제 21항에 있어서,상기 접착테이프는 제 2항과 제 5항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 복합재료 테이프로 형성되는 것을 특징으로 하는 팩형 리튬 이차전지.
- 제 22항에 있어서,상기 접착테이프는 무기재료로 Al2O3를 포함하는 것을 특징으로 하는 팩형 리튬 이차전지.
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