KR101097704B1 - 원통형 에너지 저장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형으로 권취된 전극소자에 연결되는 리드선 구조를 개선한 원통형 에너지 저장장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 양극판과 세퍼레이터와 음극판이 적층된 후 권취되어 이루어지는 전극소자; 상기 전극소자를 수용하며 밀폐된 하우징; 상기 하우징 내에 수용되는 전해액; 상기 하우징 외부로 돌출되어 양극과 음극으로 분리된 전극단자; 및 상기 전극단자와 상기 양극판 및 음극판을 양극과 음극에 대응하여 전기적으로 연결하고, 상기 양극판 및 음극판의 길이방향을 따라 균등하게 배치되는 복수의 리드선;을 포함하는 원통형 에너지 저장장치가 개시된다.

Description

원통형 에너지 저장장치{Cylinderical energy storage device}

본 발명은 에너지 저장장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원통형으로 권취된 전극소자에 연결되는 리드선 구조를 개선한 원통형 에너지 저장장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전기에너지를 저장하는 소자로는 전지(battery)와 캐패시터(capacitor)가 대표적이다.

이러한 캐패시터 중, 울트라 캐패시터(Ultra Capacitor)는 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor)라고도 불리우며, 전해콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장장치로서 높은 효율, 반영구적인 수명특성으로 인해 이차전지와의 병용 및 대체가 가능한 차세대 에너지 저장장치이다.

울트라 캐패시터는 에너지 저장메커니즘에 따라 전기이중층 캐패시터(EDLC; electric double layer capacitor)와 유사캐패시터(pseudocapacitor)로 나눌수 있다.

유사캐패시터는 전극표면 혹은 표면근처의 전극 내부에 전하가 축전되는 현상을 이용하지만, EDLC는 전극과 전해질 계면의 전기이중층에 전하가 흡착되는 성질을 이용한다.

EDLC는 활성탄소와 같이 표면적이 넓은 물질을 전극의 활물질로 하여 전극물질의 표면과 전해질의 접촉면에 전기이중층을 형성하게 된다.

즉, 전극과 전해질 용액의 경계면에서 서로 다른 극성을 갖는 전하층이 정전 효과에 의해 생성되는데, 이렇게 형성된 전하 분포를 전기이중층이라고 하며, 이와 같은 현상으로 마치 축전지에서와 같은 축전 용량을 갖게 된다.

그러나, 전기이중층 캐패시터의 경우 축전지와는 다른 충/방전 특성을 가지는데, 축전지의 경우 충/방전 과정 동안 시간에 대한 전압 특성이 마치 고원과 같은 평탄형(Plateau)의 그래프 특성을 보임에 비해, 전기이중층 캐패시터의 경우 충/방전 과정 동안 시간에 대한 전압 특성이 선형적인 그래프 특성을 보인다.

따라서, 전기이중층 캐패시터의 경우 전압을 측정함으로써 충/방전된 에너지의 양이 용이하게 계산될 수 있는 특성을 지닌다.

한편, 상기와 같은 전기이중층 캐패시터는 전기를 저장하는 메커니즘이 화학반응을 이용하는 축전지와 달리 전해질의 계면에 형성되는 전기이중층에 전하를 저장하므로, 즉 물리적인 전하의 축적에 의한 축전현상을 이용하므로, 반복사용에 따른 열화현상이 없으며, 높은 가역특성과 긴 사용 수명을 가진다.

따라서, 유지보수(Maintenance)가 용이하지 않고 장기간의 사용 수명이 요구되는 애플리케이션(Application)에 대해서는 축전지 대체용으로 이용되기도 한다.

한편, 위와 같이 전기이중층 캐패시터는 전극과 전해액 간의 계면에서 발생되는 전기이중층에 전하를 흡/탈착하는 원리를 이용하므로 빠른 충방전 특성을 가지며, 이에 따라 이동통신 정보기기인 핸드폰, 노트북, PDA 등의 보조 전원으로서 뿐만 아니라, 고용량이 요구되는 전기자동차, 야간 도로 표시등, UPS(Uninterrupted Power Supply) 등의 주전원 혹은 보조 전원으로 매우 적합하며, 이와 같은 용도로 많이 이용되고 있다.

이러한 다양한 용도를 가지는 전기이중층 캐패시터의 전극은 넓은 비표면적을 통한 고에너지와, 낮은 비저항을 통한 고출력화, 그리고 계면에서의 전기화학 반응의 억제를 통한 전기화학적 안정성을 가지는 것이 주요한 과제이다.

따라서, 현재 넓은 비표면적을 가지는 활성탄소 분말 혹은 활성탄소 섬유가 전극의 주재료로 가장 널리 이용되고 있으며, 이에 도전체를 혼합하거나 혹은 금속 가루의 분사코팅 방식을 이용하여 낮은 비저항을 구현하고 있다.

또한, 다양한 방법을 통하여 전극 계면에서 발생하는 전기화학적 부반응을 억제하여 보다 안정적인 전극 물질을 연구 개발하고 있다.

기존의 전기이중층 캐패시터는 소형화를 위해 전극소자를 권취하여 원통형 형상으로 이루어진 형태가 많이 이용되고 있다. 이러한 권취형 에너지 저장장치의 전기적 특성 향상은 매우 중요한 요소인데, 이 중 에너지 저장장치의 내부 저항을 보다 최소화하기 위한 연구가 진행중이다.

또한, 기존에는 권취된 원통형 전극소자와 전극 단자를 연결하는 리드선의 배치 및 구조에 대한 연구가 미진한 상태이며, 기존의 일반적인 리드선의 배치 및 구조는, 전극에 리드선이 불규칙적으로 연결되어 셀을 구성하는 구조이며, 이럴 경우 전극에 인가되는 전기 흐름이 전극에 균일하게 퍼지지 못해 저항 수치가 높아지고, 이로 인해 셀의 장기적인 신뢰성에 나쁜 영향을 미치는 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로서, 권취된 원통형 전극소자를 구비한 에너지 저장장치의 내부에 전극소자와 전극단자를 연결하는 리드선의 배치 및 구조를 개선하여 내부 저항을 보다 효율적으로 줄일 수 있는 에너지 저장장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 원통형 에너지 저장장치는, 양극판과 세퍼레이터와 음극판이 적층된 후 권취되어 이루어지는 전극소자; 상기 전극소자를 수용하며 밀폐된 하우징; 상기 하우징 내에 수용되는 전해액; 상기 하우징 외부로 돌출되어 양극과 음극으로 분리된 전극단자; 및 상기 전극단자와 상기 양극판 및 음극판을 양극과 음극에 대응하여 전기적으로 연결하고, 상기 양극판 및 음극판의 길이방향을 따라 균등하게 배치되는 복수의 리드선;을 포함한다.

아울러, 상기 양극판 및 음극판에 각각 배치되는 리드선의 개수를 n이라고 하고, 상기 양극판 및 음극판의 길이를 L이라고 하면, 상기 복수의 리드선은 상기 양극판 및 음극판 각각의 길이방향을 따라 L/(n+1)의 간격으로 배치되어 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 복수의 리드선은 상기 양극판 및 음극판에 각각 배치된 지점에서 길이방향을 따라 ±T의 범위 내에서 연결되는 것이 바람직하다.

여기서, T=L*4.5%*(n-1)이다.

바람직하게, 상기 전극소자의 중심에서 리드선까지의 수직반경을 R이라 하고, 상기 전극소자의 중심에서 리드선 끝단까지의 반경을 r이라 하며, 리드선의 폭을 2x라 하면, 상기 권취된 전극소자의 중심에 대해 상기 양극판에 연결된 양극리드선과 상기 음극판에 연결된 음극리드선의 외단부가 이루는 사이각(θ1)은,

의 범위를 갖는다.

또한, 상기 전극소자의 중심에서 리드선까지의 수직반경을 R이라 하고, 리드선의 폭을 2x라 하면, 상기 양극판에 연결된 양극리드선과 상기 음극판에 연결된 음극리드선 사이의 거리(d)는, 0 < d < 2R-4x 의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 권취된 전극소자의 중심에 대해 상기 양극판에 연결된 양극리드선과 상기 음극판에 연결된 음극리드선의 외단부가 이루는 사이각을 θ1이라 하고, 상기 전극소자의 중심과 상기 리드선의 중심을 연결하는 선과 상기 전극소자의 중심과 상기 리드선의 외단부를 연결하는 선 사이의 중심각을 θ2라고 하면, 상기 리드선의 접힘각도(θ3)는,

의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 상기 전극소자의 중심에서 리드선까지의 수직반경을 R이라 하고, 상기 권취된 전극소자의 중심에 대해 상기 양극판에 연결된 양극리드선과 상기 음극판에 연결된 음극리드선의 외단부가 이루는 사이각을 θ1이라 하면, 접힌 리드선의 길이 L'은,

의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 원통형 에너지 저장장치의 권취된 전극소자의 양극판 및 음극판에 길이방향을 따라 균일한 간격으로 복수의 리드선을 연결하는 구조를 취해, 전극소자 전체에 흐르는 전류를 균일하게 배분하여 소자의 내부 저항을 최소화할 수 있고, 이로 인해 에너지 저장장치의 전기적 특성을 향상시키고 장기 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 리드선들의 배치 및 구조를 개선하여 리드선 간의 단락을 방지할 수 있고 리드선의 불필요한 낭비 및 파열을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술할 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 에너지 저장장치의 외형을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 에너지 저장장치의 전극소자 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 에너지 저장장치의 양극 및 음극 전극판에 복수의 리드선이 일정 간격으로 배치되어 연결된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 에너지 저장장치의 권취된 전극소자에 리드선이 배치된 상태의 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 에너지 저장장치의 권취된 전극소자에 리드선이 접혀져 배치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 에너지 저장장치의 전극단자에 리드선이 연결된 상태를 나타낸 측단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 에너지 저장장치의 외형을 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 에너지 저장장치의 전극소자 구성을 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 에너지 저장장치의 양극 및 음극 전극판에 복수의 리드선이 일정 간격으로 배치되어 연결된 상태를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 원통형 에너지 저장장치의 구성을 설명하기로 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 저장장치(100)는 금속물질로 이루어진 상부 하우징(112)과 하부 하우징(114)과 이 하우징(110) 내에 수용된 양극판(10), 세퍼레이터(30), 음극판(20)이 적층된 후 권취되어 이루어진 전극소자(15)와 상기 하우징(110) 내에 수용되며, 상기 전극소자(15)를 함침하는 전해액, 그리고 하우징(110) 외부로 돌출된 전극단자(120)와 상기 전극소자(150)의 각 전극판과 상기 전극단자(120)를 연결하는 복수의 리드선(6,16)으로 이루어진다.

상기 양극판(10) 및 상기 음극판(20)은 금속성의 집전체(2,12)와 다공성활성탄으로 구성된 활물질층(4,14)을 포함하며, 그 일 측에는 복수의 리드선(6,16)이 연결된다.

상기 집전체(2,12)는 통상 금속 포일(Foil)의 형태로 구성되며, 상기 활물질층(4,14)은 활성탄소로서 상기 금속 집전체(2,12)의 양면에 넓게 도포 코팅된 형태로 구성된다.

상기 활물질층(4,14)은 양극 및 음극의 전기 에너지를 저장하는 부분이며, 상기 집전체(2,12)는 활물질층으로부터 방출되거나 공급되는 전하의 이동통로 역할을 수행한다.

순차적으로 적층된 상기 양극판(10) 및 음극판(20) 사이에는 상기 양극판(10)과 음극판(20) 사이에 전자의 전도를 제한하기 위한 세퍼레이터(30)가 배치되고, 상기 하우징(110) 내에는 전해액이 충진된다.

여기서, 상기 다공성의 활성물질층(4,145)은 마이크로적으로 거의 원형에 가까운 기공들을 포함하여 넓은 표면적을 가지며, 상기 양극판(10)과 음극판(20)에 동일하게 활물질로 적용되어 그 각 표면이 상기 전해액에 함침되어 접촉하게 된다.

상기 양극판(10) 및 음극판(20)에 전압이 가해지면 상기 전해액에 포함된 양이온 및 음이온이 각각 양극판(10)과 음극판(20)으로 이동하여 상기 다공성 활물질층(4,14)의 세부 기공으로 침투하게 된다.

이와 같이 양극판(10), 세퍼레이터(30), 음극판(20)으로 적층된 전극소자(15)는 원통형으로 권취되어 상기 하부하우징(114) 내에 수용된다.

상기 하부하우징(114)은 상기 양극/음극판(10,20)과 이들을 전기적으로 분리하는 세퍼레이터(30)와 상기 복수의 리드선(6,16)들을 수용하기 위한 구성요소이다.

상기 상부하우징(112)은 상기 하부하우징(114)의 상부에 결합되며, 상기 상부하우징(112) 및 하부하우징(114)은 금속성 또는 합성수지재로 구성될 수 있다, 바람직하게 상기 하우징(110)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다.

상기 상부하우징(112)에는 상기 복수의 양극 리드선(6)과 음극 리드선(16)이 각각 연결되는 양극단자(122)와 음극단자(124)로 이루어진 전극단자(120)가 결합 설치된다. 상기 전극단자(120)는 알루미늄, 스틸(steel) 또는 스테인레스 스틸 중 어느 하나의 소재로 마련되어, 기계적 강도를 확보할 수 있도록 구성된다. 아울러 그 표면은 니켈 또는 주석에 의해 코팅 형성하여, 납땜 등에 의한 접합성을 확보하도록 구성할 수 있다.

아울러, 상기 전극단자(120)는 상기 상부하우징(112) 외부에서 양극단자(122)와 음극단자(124)가 서로 수직한 방향으로 배치하도록 한다. 이와 같이, 양극단자(122)와 음극단자(124)를 서로 수직한 방향으로 배치하는 것은, 외력에 의한 굽힘 모멘트가 어느 방향으로 작용하든지 동일한 지지력을 발생시킬 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 본 발명은 전극소자(15)의 양극판(10) 및 음극판(20)에 다수의 리드선(6,16)을 균등한 간격으로 배치하여 연결하는 구조를 취한다. 즉, 기존처럼 전극판 위에 리드선이 하나 또는 복수개가 불규칙적으로 연결될 경우에는 전극판에 인가되는 전기흐름이 전극에 균일하게 퍼지지 못해 저항 수치가 높아지게 되고, 이로 인해 셀 및 에너지 저장장치의 장기 신뢰성에 나쁜 영향을 줄 수 있다.

따라서, 도 3에서 도시된 바와 같이, 양극판(10) 및 음극판(20)의 길이방향 전체 길이를 L 이라 하고, 리드선의 개수를 n이라고 할 경우, 이 리드선들이 상기 양극판(10) 및 음극판(20)에 배치되어 연결되는 위치는 L/(n+1)의 균등한 간격(Ln)을 유지하도록 한다.

아울러, 균등한 간격으로 배치되어 연결되는 리드선(6)들은, 전극판 상에 배치되는 지점의 ±T=L*4.5%*(n-1) 범위(L_T) 내에서 조절하여 연결하도록 한다. 이는, 전극소자(15)를 원통형으로 권취할 경우에 양극의 리드선 및 음극의 리드선들 끼리 포개어 겹쳐질 수 있도록 연결 지점의 위치(L_T)를 조절할 수 있도록 하기 위함이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 에너지 저장장치의 권취된 전극소자에 리드선이 배치된 상태의 단면을 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 에너지 저장장치의 권취된 전극소자에 리드선이 접혀져 배치된 상태를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 에너지 저장장치의 전극단자에 리드선이 연결된 상태를 나타낸 측단면도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 전극소자에 리드선이 연결된 상태와 구조를 설명하기로 한다.

먼저, 리드선(6,16)의 길이와 구조는 경우에 따라 여러 가지 형태로 에너지 저장장치 내의 리드를 구성할 수 있으나, 리드선 길이가 너무 길 경우 소자의 하우징시 케이스에 맞닿아 단락을 일으킬 수 있으며, 또한 세퍼레이터를 눌러 찢거나 전극에 접촉하여 단락을 유발할 수 있다. 나아가, 리드선 길이가 너무 짧을 경우에는 리드 선을 단자봉과 물리적으로 결합하여 구성하기 힘들며, 자칫 짧은 리드선으로 단자봉에 연결하기 위해 힘에 의해 압입되어 있는 전극에 손상을 가져올 수 있으며, 이것이 분리막을 찢어 단락을 유도할 수 있는 문제점이 있다.

또한, 리드선의 간격(d)(도 4 참조)이 d=0일 경우 즉, 양극과 음극이 서로 접촉하는 경우에는 단락을 일으킬 수 있고, 리드선 간격(d)이 멀 경우는 단자판의 단자의 위치에 따라 다르겠지만 이때 발생하는 리드선의 접힘 각도에 따른 리드선의 구조 때문에 캐패시터의 단락과 신뢰성을 보장할 수 없게 된다.

이에 에너지 저장장치 제조과정 중에 공정 편의와 신뢰성 및 안정성을 갖춘 캐패시터 소자를 구성하기 위하여, 소자의 리드선이 하우징시 위치와 구조를 도면과 같은 특징으로 제공하기 위해 소정의 리드선 대면각도, 접힘 각도, 리드선 간격을 정의하여 에너지 저장장치를 제조한다.

도 4에서와 같이, 리드선(6,16) 간의 단락을 방지하기 위하여, 리드선의 대면각도(θ1)는 소정의 범위를 갖도록 한다. 즉, 상기 리드선(6,16) 간의 대면각도는, 권취된 전극소자(15)의 중심에 대해 양극판에 연결된 양극리드선(6)과 음극판에 연결된 음극리드선(16)의 외단부가 이루는 사이각(θ1)으로, 이 대면각도(θ1)는,

의 범위를 갖는다.

여기서, 전극소자(15)의 중심에서 리드선(6,16)까지의 수직반경은 R이고, 전극소자(15)의 중심에서 리드선(6,16) 끝단까지의 반경은 r이며, 리드선(6,16)의 폭은 2x이다.

또한, 리드선(6,16) 사이의 단락을 방지하기 위하여, 리드선(6,16) 끝단 사이의 간격(d)은, 0 < d < 2R-4x 의 범위를 갖도록 한다. 즉, 리드선 사이의 거리가 0일 경우에는 단락이 일어난 상태이고, 리드선의 폭(2x)을 고려할 경우 두 리드선 사이의 거리(d)의 최대값은 2R-4X가 되어야 한다.

다음으로, 도 5에서와 같이, 리드선(6,16)의 단락을 방지하고 전극단자와 원활한 연결을 위해서 리드선의 접힘 각도(θ3)는 소정의 범위를 갖도록 한다. 즉, 리드선(6,16)을 접었을 때에, 단락을 방지하기 위해서는 리드선 간의 간격을 일정하게 유지하며 리드선 끼리 평행하게 접었을 때의 형태가 단락 방지를 위해 가장 이상적인 형태이다. 따라서, 위의 리드선 사이의 간격(d)을 유지하면서 리드선 끼리 평행을 유지하도록 접었을 때의 접힘각도(θ3)는,

의 범위를 갖는다.

여기서, θ2는 전극소자의 중심과 리드선의 중심을 연결하는 선과 전극소자의 중심과 리드선의 외단부를 연결하는 선 사이의 중심각을 의미한다.

나아가, 도 6에서와 같이, 전극소자(15)와 상부하우징(112)에 설치된 전극단자(120)를 연결하는 리드선(6)은 상술한바 대로, 일정한 길이(L')를 갖도록 접혀진 형태를 취한다. 이와 같이, 일정한 리드선 사이의 간격(d)을 유지하면서 소정의 리드선의 접힘 각도를 갖도록 구부린 리드선의 접힘 길이(L')는,

의 범위를 갖도록 한다.

여기서, 리드선의 접힘 길이(L')는, 리드선의 끝 단부의 수평 연장선에서 전극소자(15) 중심까지의 거리에 1.4배 정도의 여유를 주도록 하였다. 이 1.4배의 여유는 리드선이 전극소자의 중심을 벗어나도록 배치되는 점과, 리드선이 전극소자의 높이 방향을 따라 3차원적으로 배치되는 점을 고려한 여유계수이다.

<실험예>

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 전극판과 리드선 위치를 상술한 바와 같이 균등하게 배치하여 제조한 원통형 에너지 저장장치와 이외의 리드선 위치를 갖는 원통형 에너지 저장장치를 제조하여 용량과 저항값을 측정하였다.

저항은 DC 측정값으로 5A 전류로 측정하였고 한가지 예에 5개의 샘플을 제작하여 평균값을 내었다.

평균값	용량[F]@10mA/F 전류	용량차이(%)	DC저항[mΩ]@5A	저항변화율(%)
실시예1	121	0.01	5.45	17.2
비교예1	122	0.01	6.58	17.2
실시예2	352	0	2.52	6
비교예2	352	0	2.68	6

여기서, 실시예1,2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 전극판의 리드 위치를 L/(1+n)로 균등하게 나눠 ±T의 범위에서 리드선을 배치하여 스티칭, 압착하여 연결 후, 와인딩하여 용량과 저항을 측정하였다.

다음, 비교예1,2는 전극판의 L/(1+n)±T 범위를 벗어나도록 리드선을 스티칭, 압착하여 연결후 와인딩하여 용량과 저항을 측정하였다.

실험결과 위의 표 1과 같이, 본 발명에 따라 균등한 간격으로 리드선을 부착한 경우(실시예1,2)에는 위치에 따른 용량 감소는 없는 반면, 불균등한 위치에 리드선을 부착한 경우(비교예1,2)에 비해 DC 저항값이 실시예1은 18%, 실시예2는 6% 감소함을 알 수 있다.

여기서, DC 저항값 감소의 의미는 활성탄 전극판 길이에서 균등한 간격으로 리드선을 위치하여 부착한 경우, 기존 활성탄의 용량을 그대로 재현하며, 활성탄 전극판의 전류의 흐름을 균등하게 전달하여 소자 내부 저항값이 감소하게 되어 셀의 장기 신뢰성이 향상될 수 있음을 확인할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

2,12 : 집전체 4,14 : 활물질층
6 : 양극리드선 16 : 음극리드선
10 : 양극판 20 : 음극판
30 : 세퍼레이터 110 : 하우징
120 : 전극단자

Claims (7)

1. 양극판과 세퍼레이터와 음극판이 적층된 후 권취되어 이루어지는 전극소자;
   상기 전극소자를 수용하며 밀폐된 하우징;
   상기 하우징 내에 수용되는 전해액;
   상기 하우징 외부로 돌출되어 양극과 음극으로 분리된 전극단자; 및
   상기 전극단자와 상기 양극판 및 음극판을 양극과 음극에 대응하여 전기적으로 연결하고, 상기 양극판 및 음극판의 길이방향을 따라 균등하게 배치되는 복수의 리드선;을 포함하되,
   상기 양극판 및 음극판에 각각 배치되는 리드선의 개수를 n이라고 하고, 상기 양극판 및 음극판의 길이를 L이라고 하면, 상기 복수의 리드선은 상기 양극판 및 음극판 각각의 길이방향을 따라 L/(n+1)의 간격으로 배치되어 연결되고,
   상기 복수의 리드선은 상기 양극판 및 음극판에 각각 배치된 지점에서 길이방향을 따라 ±T의 범위 내에서 연결되는 것을 특징으로 하는 원통형 에너지 저장장치.
   여기서, T=L*4.5%*(n-1)
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4. 제 1 항에 있어서,
   상기 전극소자의 중심에서 리드선까지의 수직반경을 R이라 하고, 상기 전극소자의 중심에서 리드선 끝단까지의 반경을 r이라 하며, 리드선의 폭을 2x라 하면,
   상기 권취된 전극소자의 중심에 대해 상기 양극판에 연결된 양극리드선과 상기 음극판에 연결된 음극리드선의 외단부가 이루는 사이각(θ1)은,
   

   

   
   의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 원통형 에너지 저장장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 전극소자의 중심에서 리드선까지의 수직반경을 R이라 하고, 리드선의 폭을 2x라 하면,
   상기 양극판에 연결된 양극리드선과 상기 음극판에 연결된 음극리드선 사이의 거리(d)는,
   0 < d < 2R-4x 의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 원통형 에너지 저장장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 권취된 전극소자의 중심에 대해 상기 양극판에 연결된 양극리드선과 상기 음극판에 연결된 음극리드선의 외단부가 이루는 사이각을 θ1이라 하고, 상기 전극소자의 중심과 상기 리드선의 중심을 연결하는 선과 상기 전극소자의 중심과 상기 리드선의 외단부를 연결하는 선 사이의 중심각을 θ2라고 하면,
   상기 리드선의 접힘각도(θ3)는,
   

   

   
   의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 원통형 에너지 저장장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 전극소자의 중심에서 리드선까지의 수직반경을 R이라 하고,
   상기 권취된 전극소자의 중심에 대해 상기 양극판에 연결된 양극리드선과 상기 음극판에 연결된 음극리드선의 외단부가 이루는 사이각을 θ1이라 하면,
   접힌 리드선의 길이 L'은,
   

   

   
   의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 원통형 에너지 저장장치.
   

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