KR101827050B1 - 리튬 이온 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이온 전지에 관한 것으로서, 음극, 양극 및 분리막이 권취되어 이루어지는 젤리롤; 상기 젤리롤을 내부에 수납하는 캔; 상기 캔의 내벽 상부를 따라 부착되며, 상기 캔의 열변형 시에 용융되지 않는 소재로 마련되는 차단 테이프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 캔의 팽창 시 캔과 전극 간의 간섭이 발생하는 경우에도 내부가 단락되는 것을 방지할 수 있다.

Description

리튬 이온 전지{Li-ion Battery}
본 발명은 리튬 이온 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 캔의 팽창 시 전극과 캔의 간섭이 발생하여도 내부 단락을 억제할 수 있는 리튬 이온 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자 기기에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이온 전지는 작동 전압이 3.6V로서 전자 기기의 전원으로 많이 사용되고 잇는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이온 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 리튬 이온 전지는 다양한 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형 및 파우치형으로 분류할 수 있다.
도 1 및 도 2는 이러한 종래의 각형 리튬 이온 전지를 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 각형 리튬 이온 전지(1)는 캔(20)과, 캔(20)의 내부에 수용되는 젤리롤(10)형 전극조립체를 포함한다.
젤리롤(10)은 양극판, 분리막, 음극판이 권취되어 마련되며 캔(20) 내부에 수납된다. 전극탭은 젤리롤(10)의 각 극판으로부터 인출된다. 이때 전극탭은 전기 전도성이 우수한 금속 박판으로, 예를 들면 알루미늄이나 니켈을 사용하고 있다.
이러한 구조를 가지는 각형 리튬 이온 전지(1)의 캔(20)은 알루미늄으로 마련된다. 캔(20)의 재질을 알루미늄으로 구비하는 것은 가격, 무게 및 내부식성의 이점이 있으나 기계적 물성이 약하다는 단점이 있다. 한편, 리튬 이온 전지(1)의 전해질은 유기 용매를 사용하기 때문에 보관 및 사용 도중 다량의 가스가 밀봉된 용기 내에 발생하게 된다. 특히, 100℃ 이상의 고온 영역에서는 화학 반응에 의하여 다량의 가스가 발생됨에 따라 도 3에 도시된 바와 같이, 알루미늄 캔(20)이 팽창하게 된다. 이러한 캔(20)의 팽창현상으로 인하여 젤리롤(10)의 상단에 위치하는 전극과 변형된 알루미늄 캔(20) 간의 간섭이 일어나게 되어 리튬 이온 전지(1)의 내부 단락을 발생시킨다. 이는 그 간섭 정도에 따라 발화로 이어지게 되므로 전지의 안전성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 캔의 팽창 시 캔과 전극 간의 간섭이 발생하여도 내부 단락을 억제할 수 있는 리튬 이온 전지를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 리튬 이온 전지는, 음극, 양극 및 분리막이 권취되어 이루어지는 젤리롤; 상기 젤리롤을 내부에 수납하는 캔; 상기 캔의 내벽 상부를 따라 부착되며, 상기 캔의 열변형 시에 용융되지 않는 소재로 마련되는 차단 테이프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에, 열변형 시에도 용융되지 않는 차단 테이프에 의하여 전극과 캔이 직접적으로 접촉하는 것을 방지하여 내부 단락을 억제한다.
본 발명에서, 상기 차단 테이프는 섭씨 150℃ 이상의 용융점을 갖는 것이 바람직하다.
이에, 다량의 가스가 발생되기 쉬운 100℃ 이상의 고온의 영역에서도 차단 테이프는 용융되지 않는다.
본 발명에서, 상기 차단 테이프는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Pet: Polyethylene terephthalate) 소재인 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 차단 테이프는 폴리이미드(Polyimide) 소재인 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 차단 테이프의 폭은 10mm 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 차단 테이프는 상기 젤리롤의 최상단으로부터 돌출되도록 부착되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 차단 테이프의 최상단과 상기 젤리롤의 최상단 사이의 간격은 5mm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 리튬 이온 전지에 따르면, 캔의 팽창 시 캔과 전극 간의 간섭이 발생하는 경우에도 내부가 단락되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 리튬 이온 전지를 도시한 도면.
도 2는 종래 리튬 이온 전지의 측단면을 도시한 도면.
도 3은 종래 리튬 이온 전지의 변형 시 측단면을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 리튬 이온 전지의 측단면을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 리튬 이온 전지의 차단 테이프와 젤리롤을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 리튬 이온 전지의 변형 시 측단면을 도시한 도면.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 리튬 이온 전지의 측단면을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 리튬 이온 전지는 음극, 양극 및 분리막이 권취되어 이루어지는 젤리롤(10); 젤리롤(10)을 내부에 수납하는 캔(20); 캔(20)의 내벽 상부를 따라 부착되는 차단 테이프(30)를 포함한다.
젤리롤(10)은 음극과 양극 사이에 분리막을 개재하고 이를 권취함으로써 이루어진다. 젤리롤(10)은 양극 활물질층이 코팅된 양극 집전체로 된 양극판과, 음극 활물질층이 코팅된 음극 짐전체로 된 음극판과, 양극판 및 음극판 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 젤리롤(10)은 양극판, 분리막, 음극판을 순서대로 배치하고 이를 권취한 후 압축함으로써 이루어진다.
캔(20)은 리튬 이온 전지의 외장을 구성하며 알루미늄 재질로 구비된다. 캔(20)은 사각의 외형을 가지며 내부에는 수납 공간이 형성된다. 캔(20)의 내부 수납 공간으로 젤리롤(10)이 수납된 후 전해액을 주액함으로써 각형 리튬 이온 전지가 구성된다.
차단 테이프(30)는 캔(20)의 내벽에 부착된다. 차단 테이프(30)는 캔(20)의 내벽 상부에 위치하며 캔(20)의 내벽을 따라 연장되도록 부착된다. 이러한 차단 테이프(30)는 캔(20)의 열변형 시에도 용융되지 않는 고융점 소재로 마련된다. 즉, 차단 테이프(30)는 섭씨 150℃ 이상의 용융점을 갖는 것이 바람직하다. 이는 리튬 이온 전지 내부에 가스가 발생하기 쉬운 100℃ 이상의 고온의 영역에서도 차단 테이프(30)가 용융되지 않도록 하기 위함이다. 이와 같이 캔(20)이 고온 환경에 노출되어 열변형이 일어나도 용융되지 않는 소재로는 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Pet: Polyethylene terephthalate) 소재 또는 폴리이미드(Polyimide) 소재가 될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 이와 같은 차단 테이프(30)의 폭은 10mm 이상으로 마련되는 것이 바람직하다. 이는 차단 테이프(30)의 폭이 10mm 이상일 때, 캔(20) 내부에 위치하는 젤리롤(10)의 상단과 고온 시 변형된 캔(20) 내벽이 직접 접촉하는 것을 차단하는 효과가 있기 때문이다.
또한, 차단 테이프(30)는 그 부착되는 위치가 젤리롤(10)의 최상단으로부터 돌출된다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 캔(20)의 내벽에 부착되는 차단 테이프(30)의 최상단이 캔(20)에 수납되는 젤리롤(10)의 최상단과 서로 동일선상에 위치하지 않고, 차단 테이프(30)의 최상단이 젤리롤(10)의 최상단보다 상부에 위치한다. 이에, 차단 테이프(30)의 일부와 젤리롤(10)의 일부가 서로 겹쳐지는 부분이 있도록 차단 테이프(30)가 위치하는 것이 바람직하다. 여기서, 차단 테이프(30)는 캔(20)의 내벽 상측면 및 캔(20)의 내벽 상측면에서 캔(20)의 내벽 측면으로 연장되며 위치된다.
차단 테이프(30)의 최상단과 젤리롤(10)의 최상단 사이의 간격은 5mm 이하인 것이 바람직하다(도 5 참조). 즉, 서로 차단 테이프(30)의 최상단과 젤리롤(10)의 최상단이 서로 이격되는 거리가 5mm 이하가 되도록 차단 테이프(30)를 부착한다. 이는 캔(20)의 변형 시, 캔(20)과 접촉하기 용이한 젤리롤(10)의 최상단으로부터 아래 방향으로 충분한 길이로 차단 테이프(30)가 커버할 수 있도록 하기 위함이다. 즉, 차단 테이프(30)의 최상단은 최소한 젤리롤(10)의 최상단보다 상부에 위치하되, 차단 테이프(30)의 최상단과 젤리롤(10)의 최상단은 5mm 이하로 이격되도록 차단 테이프(30)가 캔(20)의 내벽에 부착된다.
이와 같이 구비되는 본 발명에 따른 리튬 이온 전지에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 고온에 의하여 외장재인 캔(20)이 내부의 가스에 의하여 팽창하여 변형되더라고 차단 테이프(30)에 의하여 젤리롤(10)의 상단과 캔(20)의 내벽이 직접적으로 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 젤리롤(10)은 차단 테이프(30)에 의하여 캔(20)과의 간섭이 발생하여도 내부 단락이 되는 것을 방지할 수 있어 리튬 이온 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
전술된 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 캔
20: 젤리롤
30: 차단 테이프

Claims (7)

  1. 리튬 이온 전지에 있어서,
    음극, 양극 및 분리막이 권취되어 이루어지는 젤리롤;
    상기 젤리롤을 내부에 수납하는 수납공간이 형성된 알루미늄 재질의 캔;
    상기 캔의 수납공간으로 상기 젤리롤이 수납된 후 상기 수납공간에 주액된 전해액; 및
    상기 젤리롤의 상단과 상기 캔의 내벽이 직접적으로 접촉하는 것을 차단하여 내부 단락이 되는 것을 방지하도록, 상기 캔의 내벽 상부에 위치되어 상기 캔의 내벽을 따라 연장되도록 부착되며, 상기 젤리롤의 최상단으로부터 돌출되도록 부착되고, 상기 캔의 열변형 시에 용융되지 않는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Pet: Polyethylene terephthalate) 소재로 마련되는 차단 테이프;를 포함하고,
    상기 차단 테이프의 최상단이 상기 젤리롤의 최상단보다 상부에 위치하며,
    상기 차단 테이프는 상기 차단 테이프의 일부와 상기 젤리롤의 일부가 서로 겹쳐지는 부분이 있도록 상기 캔의 내벽 상측면 및 상기 캔의 내벽 상측면에서 상기 캔의 내벽 측면으로 연장되며 위치되고,
    상기 차단 테이프는 섭씨 150℃ 이상의 용융점을 갖으며,
    상기 차단 테이프의 최상단과 상기 젤리롤의 최상단 사이의 간격은 5mm 이하인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 차단 테이프의 폭은 10mm 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지.
  6. 삭제
  7. 삭제
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