KR101127606B1

KR101127606B1 - 집전판의 구조가 개선된 이차전지 및 그 집전판

Info

Publication number: KR101127606B1
Application number: KR1020090104305A
Authority: KR
Inventors: 이치영; 김용삼; 유석윤; 김동욱; 문종석; 전상은
Original assignee: 에스비리모티브 주식회사
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2012-03-23
Also published as: US9012064B2; KR20110047608A; US20110104537A1

Abstract

집전판의 구조가 개선된 이차전지가 개시된다. 개시된 이차전지의 집전판은 전극조립체에 밀착되는 집전부재와, 전극조립체 및 집전부재에 각각 용접되어 양측을 연결하는 용접부재로 이원화된 구조로 이루어져 있다. 이러한 집전체를 사용하면 전기저항이 감소하고 전극조립체를 지탱하는 강도가 향상되며, 또한 용접성도 좋아지는 등의 효과를 얻을 수 있다.

Description

집전판의 구조가 개선된 이차전지 및 그 집전판{Secondary battery providing improved current collecting plate and the current collecting plate}

본 발명의 실시예는 집전판의 구조가 개선된 이차전지 및 그 집전판에 관한 것이다.

이차전지는 충전 사용이 가능한 전지를 말하는 것으로, 휴대폰, 노트북컴퓨터, 캠코더 등의 휴대형 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.

이러한 이차전지는 양극과 음극 및 세퍼레이터가 젤리롤(jelly roll) 형태로 말린 전극조립체를 케이스의 개방부를 통해 안에 장입하고 캡조립체로 그 개방부를 덮은 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 전극조립체의 단부에는 집전판이 설치되어 있어서 캡조립체에 마련된 단자와 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 캡조립체의 단자에 외부 단자를 연결하면 상기 전극조립체에서 발생된 전류가 상기 집전판과 상기 캡조립체의 단자를 경유하여 외부 단자로 공급된다.

여기서 상기 집전판은 전극조립체의 단부에 용접되어 상기와 같이 전류의 경로를 형성함과 동시에 젤리롤 형태를 지탱하게 되는데, 그 두께가 너무 두꺼우면 용접성이 떨어지고, 너무 얇으면 길이방향의 전기저항이 커지며 전극조립체를 지탱 하는 힘이 약해서 진동이나 충격에 의해 전극조립체가 쉽게 유동되어 용접 부위가 떨어질 위험이 있다. 따라서, 집전판의 적절한 용접성과 전기저항 및 지지강도를 확보할 수 있는 방안이 필요하다.

본 발명의 실시예는 상기의 필요성을 감안하여 집전판의 적절한 용접성과 전기저항 및 지지강도를 모두 확보할 수 있도록 개선된 이차전지 및 그 집전판을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 이차전지는, 양극과 음극 및 세퍼레이터가 권취된 전극조립체와, 상기 양극과 음극에 연결되도록 상기 전극조립체에 결합된 집전판, 상기 전극조립체와 집전판이 수용되는 케이스 및, 상기 집전판과 전기적으로 연결되도록 상기 케이스에 결합되는 캡조립체를 포함하고, 상기 집전판은 상기 전극조립체에 밀착되는 집전부재와, 상기 전극조립체 및 상기 집전부재에 각각 용접되어 양측을 연결하는 용접부재를 구비한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 집전판은, 양극과 음극 및 세퍼레이터가 권취된 전극조립체에 결합되어 상기 양극과 음극의 전류를 소정 단자로 모아주며, 상기 전극조립체에 밀착되는 집전부재와, 상기 전극조립체 및 상기 집전부재에 각각 용접되어 양측을 연결하는 용접부재를 구비한다.

여기서, 상기 집전부재에는 관통홀이 형성되고, 상기 용접부재는 상기 관통 홀을 통해 삽입되어 상기 전극조립체의 양극과 음극 중 어느 하나에 용접되는 전극용접부와, 상기 관통홀의 내벽에 용접되는 관통홀용접부를 구비할 수 있다.

상기 관통홀용접부는 상기 집전부재의 상기 전극조립체 반대편으로 돌출되는 부위가 없도록 설치될 수 있다.

상기 용접부재의 두께가 상기 집전부재의 두께에 비해 상대적으로 얇아서, 상기 용접부재의 두께는 0.2~0.5mm, 상기 집전부재의 두께는 1.2~1.5mm일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 이차전지에서는, 집전판의 요소로서 전기저항 감소와 지지강도 확보를 위한 두꺼운 집전부 및 용접성 확보를 위한 얇은 용접부를 각각 별개로 준비하여 전극조립체에 결합시키기 때문에, 적절한 전기저항, 용접성 및 지지강도를 모두 확보할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 구조를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 본 실시예의 이차전지는 양극과 음극 및 세퍼레이터가 젤리롤 형태로 권취된 전극조립체(200)와, 전극조립체(200)의 양단부에 결합된 집전판(100), 이 전극조립체(200) 및 집전판(100)을 수용하는 케이스(300) 및, 이 케이스(300)의 개방부에 결합되는 캡조립체(400) 등을 구비하고 있다. 따라서, 케이스(300)의 개방부를 통해 집전판(100)이 부착된 전극조립체(200)를 장입하고 상기 캡조립 체(400)를 덮으면, 전극조립체(200)를 안전하게 수용한 전지셀이 준비된다.

참조부호 440은 케이스(300) 안에 전해액을 주입한 후 주입구를 밀봉하는 실링부재를 나타내며, 참조부호 430은 케이스(300) 안의 압력이 과다해질 경우 파손되어 가스가 배출되게 해주는 안전벤트, 참조부호 410과 420은 외부단자와 연결될 양극단자 및 음극단자를 각각 나타낸다.

먼저, 상기 전극조립체(200)는 도 2와 같은 구조로 이루어져 있다. 즉, 전술한 바와 같이 양극(210)과 세퍼레이터(220) 및 음극(230)이 교대로 적층되어 젤리롤 형태로 말린 것으로, 양극(210)에는 양극활물질(211)이 도포되어 있고, 음극(230)에는 음극활물질(231)이 도포되어 있다. 그리고, 양극(210)과 음극(230)의 단부에는 활물질이 도포되지 않은 무지부(212)(232)가 각각 마련되어 있는데, 양극 무지부(212)는 전극조립체(200)의 일측단부로, 음극 무지부(232)는 타측단부로 위치되도록 엇갈리게 배열돼서 감겨진다. 그러니까, 도 2를 예로 보면 좌측에는 양극 무지부(212)가, 우측에는 음극 무지부(232)가 배치되는 것이다. 따라서, 도면의 좌측에 부착된 집전판(100)은 전극조립체(200)의 양극(210)들에 전기적으로 연결되고, 우측에 부착된 집전판(100)은 음극(230)들에 전기적으로 연결된 셈이 된다. 그리고 각 집전판(100)은 다시 리드부재(101;도 1 참조)를 경유하여 각각 양극단자(410)와 음극단자(420)에 연결된다.

다음으로, 상기 집전판(100)은 도 3 및 도 4와 같은 구조로 이루어져 있다.

우선 본 실시예의 집전판(100)은 전극조립체(200)를 지탱하는 강도와 전기저항 감소의 기능을 담당하는 집전부재(110)와, 용접성 기능을 담당하는 용접부 재(120)로 이원화되어 있다. 즉, 단일 부재로 이루어진 것이 아니라, 상기와 같이 서로 이율배반적인 기능을 각각 담당하는 두 개의 부재(110)(120)가 따로 준비되어서 결합되는 것이다.

상기 집전부재(110)는 강도와 전기저항 감소를 담당하기 때문에 용접부재(120)에 비해 상대적으로 두껍게 만든다. 약 1.2~1.5mm 정도의 두께가 적당하며, 이 정도 두께면 전극조립체(200)의 양측 단부에 밀착되어서 전극조립체(200)가 쉽게 움직이지 못하도록 지탱할 수 있다. 또한, 두께가 두껍기 때문에 길이방향으로의 전기저항이 증가하는 현상도 방지된다. 그리고, 이 집전부재(110)에 복수의 관통홀(111)이 형성되어 있는데, 바로 이 관통홀(111)에 하기에 설명될 용접부재(120)가 삽입되어 결합된다.

용접부재(120)는 상기와 같이 용접성을 확보하기 위해 집전부재(110)에 비해 얇은 약 0.2~0.5mm 두께의 부재가 사용된다. 용접부재(120)는 도면과 같이 모자 모양으로 형성되어 있으며, 중앙의 볼록한 부위(121)가 상기 관통홀(111)을 통해 삽입되어 상기 전극조립체(200)의 양극(210) 또는 음극(230)에 마련된 무지부(212)(232)에 결합된다. 결합은 레이저용접이나 저항용접 등에 의한 용접으로 이루어진다. 그리고, 용접부재(120)의 양단부(122)는 상기 관통홀(111)의 내벽(111a)에 맞춰서 같은 방법으로 용접된다. 단부(122)와 관통홀(111)의 내벽(111a)을 맞춰서 용접하기 때문에 바깥쪽 즉, 전극조립체(200)의 반대편 쪽으로는 용접부재(120)가 돌출되지 않는다. 돌출되는 부위가 있으면 그만큼 케이스(300)를 크게 만들어야 하므로 상기와 같이 단부(122)와 내벽(111a)을 맞춰서 바 깥으로 돌출되지 않도록 하는 것이 제품 소형화에 유리하기 때문이다.

이렇게 되면 상대적으로 두꺼운 집전부재(110)가 전기저항 감소와 전극조립체(200)를 지탱하는 강도를 담당하고, 상대적으로 얇은 용접부재(120)가 용접성을 담당해주기 때문에, 서로 상반되는 장점을 무난하게 확보할 수 있게 된다.

이와 같은 집전판(100)을 가진 이차전지는 다음과 같이 조립될 수 있다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 양극(210)와 세퍼레이터(220) 및 음극(230)이 교대로 적층된 조립체를 젤리롤 형태로 말아서 전극조립체(200)를 준비한다.

이어서, 전극조립체(200)의 양단부에 집전판(100)의 집전부재(110)를 밀착시킨다. 그리고 용접부재(120)를 집전부재(110)의 관통홀(111)로 삽입하여 위치를 잡은 후 중앙부위(121)는 양극(210) 또는 음극(230)의 무지부(212)(232)에, 양단부(122)는 관통홀(111)의 내벽(111a)에 맞춰서 용접한다. 그리고 집전부재(110)에는 리드부재(101;도 1 참조)를 부착한다.

이후, 상기 집전판(100)이 부착된 전극조립체(200)를 케이스(300)에 넣고 캡조립체(400)를 덮은 다음, 전해액을 충전하고 주입구를 실링부재(440)로 막으면 전지셀이 완성된다.

한편, 이와 같이 완성된 본 실시예의 전기저항 개선 효과를 알아보기 위해, 기존의 집전판을 설치한 경우와 본 실시예의 집전판을 설치한 경우의 전기저항값을 비교 측정해보았다. 그 결과 하기의 표 1과 같이 본 실시예의 경우에 전기저항이 절반 수준으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

구분	기존의 일체형 집전판 (두께 0.5mm)	본 실시예의 집전판 (집전부재 두께 1.5mm, 용접부재 두께 0.5mm)
양극(mΩ)	1.405	0.703
음극(mΩ)	0.880	0.440
총저항(mΩ)	2.285	1.143

따라서, 이상에서 설명한 바와 같은 구성에 의하면, 집전체의 전기저항이 감소하고 전극조립체를 지탱하는 강도가 향상되며, 또한 용접성도 좋아지는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 구조를 도시한 도면,

도 2는 도 1에 도시된 전극조립체의 구조를 도시한 도면,

도 3은 도 1에 도시된 집전체의 구조를 도시한 도면,

도 4는 도 1에 도시된 전극조립체와 집전체의 결합구조를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...집전체 110...집전부재

120...용접부재 200...전극조립체

212,232...무지부 300...케이스

400...캡조립체

Claims

양극과 음극 및 세퍼레이터가 권취된 전극조립체와, 상기 양극과 음극에 연결되도록 상기 전극조립체에 결합된 집전판, 상기 전극조립체와 집전판이 수용되는 케이스 및, 상기 집전판과 전기적으로 연결되도록 상기 케이스에 결합되는 캡조립체를 포함하는 이차전지에 있어서,

상기 집전판은 상기 전극조립체에 밀착되는 집전부재와, 상기 전극조립체 및 상기 집전부재에 각각 용접되어 양측을 연결하는 용접부재를 구비하고,

상기 집전부재에는 관통홀이 형성되고,

상기 용접부재는 상기 관통홀을 통해 삽입되어 상기 전극조립체의 양극과 음극 중 어느 하나에 용접되는 전극용접부와, 상기 관통홀의 내벽에 용접되는 관통홀용접부를 구비하는 이차전지.
삭제
제1항에 있어서,

상기 관통홀용접부는 상기 집전부재의 상기 전극조립체 반대편으로 돌출되는 부위가 없도록 설치되는 이차전지.
제1항에 있어서,

상기 용접부재의 두께가 상기 집전부재의 두께에 비해 상대적으로 얇은 이차전지.
제4항에 있어서,

상기 용접부재의 두께는 0.2~0.5mm 이고, 상기 집전부재의 두께는 1.2~1.5mm인 이차전지.
양극과 음극 및 세퍼레이터가 권취된 전극조립체에 결합되어 상기 양극과 음극의 전류를 소정 단자로 모아주는 집전판에 있어서,

상기 전극조립체에 밀착되는 집전부재와, 상기 전극조립체 및 상기 집전부재에 각각 용접되어 양측을 연결하는 용접부재를 구비하고,

상기 집전부재에는 관통홀이 형성되고,

상기 용접부재는 상기 관통홀을 통해 삽입되어 상기 전극조립체의 양극과 음극 중 어느 하나에 용접되는 전극용접부와, 상기 관통홀의 내벽에 용접되는 관통홀용접부를 구비하는 집전판.
삭제
제6항에 있어서,

상기 관통홀용접부는 상기 집전부재의 상기 전극조립체 반대편으로 돌출되는 부위가 없도록 설치되는 집전판.
제6항에 있어서,

상기 용접부재의 두께가 상기 집전부재의 두께에 비해 상대적으로 얇은 집전판.
제9항에 있어서,

상기 용접부재의 두께는 0.2~0.5mm 이고, 상기 집전부재의 두께는 1.2~1.5mm인 집전판.