KR20110034313A - 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지의 절연케이스 대신 전극조립체와, 양극탭/음극탭 및 캡플레이트에 고정테이프를 부착하여 전극조립체의 유동을 방지할 수 있는 이차전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이차전지는 양극탭이 접속된 양극판과 음극탭이 접속된 음극판 및 그 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하도록 일측이 개구된 캔; 및 상기 캔의 개구된 부분을 밀봉하는 캡조립체;를 포함하며, 상기 전극조립체로부터 양극탭 및 음극탭을 거쳐 상기 캡조립체의 하부면까지 연속하여 부착된 고정테이프;를 더 포함한다. 이러한 구성에 의하여, 절연케이스의 높이만큼 양극판 및 음극판의 높이를 늘려 전지용량을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 절연케이스를 사용하지 않아 비용을 절감할 수 있다.
이차전지, 고정테이프, 절연케이스, 전지조립체
Description
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 절연케이스 없이도 전극조립체의 유동을 방지할 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
최근 소형 전자기기의 전원으로서 각종 전지가 사용되고 있는데, 특히 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전원으로는 소형이면서 대용량인 밀폐형 전지인 리튬 이차전지 등의 전해액을 사용하는 전지가 주로 사용된다.
리튬 이차전지는 양극 집전체 및 음극 집전체 각각에 활성물질을 도포한 후, 그 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 권취한 젤리롤(Jelly-Roll) 전극조립체를 전지 캔 내부에 수납하고 전해액을 주입하여 밀폐시킨 것이 사용된다. 이러한 전지에는 전극조립체를 원통형 전지 캔 내에 수납한 원통형 전지와, 사각형의 전지 캔 내에 수납한 각형 전지가 주로 사용된다.
이와 같은 전지의 전극조립체는 권취되어 있으므로, 전극조립체의 마감 단계에서 권취된 전극조립체를 고정시키기 위하여 외면에 마감테이프를 사용한다. 그 리고, 이렇게 마감테이프가 부착된 전극조립체를 캔에 수납하여 캔 내부에 전해액을 주입한 후, 캔의 상단에 캡조립체를 이용하여 밀봉한다.
이때, 전극조립체는 젤리롤과 젤리롤 외면에 부착된 마감테이프로 구성된다. 젤리롤은 활성물질이 도포된 양극판 및 음극판과 그 사이에 개재되는 세퍼레이터가 적층된 상태로 권취되어 형성된다. 그리고, 마감테이프는 젤리롤의 외면을 감싸도록 부착되어, 마감테이프가 부착된 젤리롤을 압착하여 전극조립체가 형성된다.
그러나, 상기한 바와 같은 이차전지의 전극조립체는 캔 내부에 삽입되더라도 캔의 내측면에 전극조립체가 밀착된 상태가 아니기 때문에 이차전지가 외부로부터 충격을 받게 되면 캔 내부에서 전극조립체가 상하 또는 전후 방향으로 유동하게 된다. 특히, 이차전지가 낙하되는 경우에 캔 내부에서 전극조립체가 상하 방향으로 유동되면서 양극탭 또는 음극탭의 연결부위가 분리되거나 전극조립체가 손상되어 작동불량이 발생되는 등의 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이차전지의 절연케이스 대신 전극조립체와, 양극탭/음극탭 및 캡플레이트에 고정테이프를 부착하여 전극조립체의 유동을 방지할 수 있는 이차전지를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 양극탭이 접속된 양극판과 음극탭이 접속된 음극판 및 그 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하도록 일측이 개구된 캔; 및 상기 캔의 개구된 부분을 밀봉하는 캡조립체;를 포함하며, 상기 전극조립체로부터 상기 양극탭 및 음극탭을 거쳐 상기 캡조립체의 하부면까지 연속하여 부착된 고정테이프;를 더 포함한다.
또한, 상기 캡조립체는 캡플레이트와, 상기 캡플레이트의 하부면에 형성된 절연플레이트 및 단자플레이트를 포함하며, 상기 고정테이프가 상기 전극조립체로부터 상기 양극탭 및 음극탭을 거쳐 상기 캡플레이트의 하부면에 부착된다.
또한, 상기 전극조립체는 한 쌍의 장측면과, 상기 장측면의 양측부를 연결하는 단측면을 포함하며, 상기 고정테이프는 상기 전극조립체의 대향하는 각각의 장측면으로부터 상기 양극탭 및 음극탭을 거쳐 상기 캡조립체의 하부면까지 부착된다.
또한, 상기 고정테이프는 상기 전극조립체의 장측면 면적의 적어도 30%에 해 당하는 면적만큼 부착된다.
또한, 상기 고정테이프는 상기 전극조립체의 하단부까지 연장되어 형성된다.
또한, 상기 고정테이프는 캔 내부에 주입된 전해액에서 녹지 않는 물질로 형성된다.
또한, 상기 고정테이프는 폴리이미드(PI) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 형성된다.
또한, 상기 고정테이프의 두께는 20㎛ 내지 30㎛ 범위로 형성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 절연케이스 대신 전극조립체와, 양극탭/음극탭 및 캡플레이트에 고정테이프를 부착하여 전극조립체의 유동을 방지함으로써, 절연케이스의 높이만큼 양극판 및 음극판의 높이를 늘려 전지용량을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 절연케이스를 사용하지 않아 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 고정테이프가 전극조립체의 마감테이프 역할을 동시에 할 수 있음으로써, 마감테이프의 제거가 가능하다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 이차전지를 구체적으로 설명한다.
도면을 설명하기에 앞서, 본 발명은 다양한 형태의 이차전지에 적용될 수 있으나, 본 발명의 실시예의 경우 리튬 이온의 이동에 의해 충, 방전을 일으키는 젤리롤 타입의 각형 이차전지에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 분리 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체(20), 캔(30), 캡조립체(10) 및 고정테이프(40)를 포함한다.
전극조립체(20)는 양극탭(20a)이 접속된 양극판(24)과 음극탭(20b)이 접속된 음극판(22) 및 그 사이에 세퍼레이터(23)가 적층된 후 권취되어 형성된다. 여기서, 양극판(24)과 음극판(22)은 이차전지의 종류에 따라 다소 차이가 있지만 통상적으로 금속 기재에 활성물질을 도포 및 충전하고 이를 건조, 롤 프레스 및 절단하여 형성한다. 이때, 활성물질로, 양극판(24)에는 리튬-천이금속 산화물이 사용되고, 음극판(22)에는 탄소 및 탄소복합제가 사용된다.
이러한 전극조립체(20)는 일측이 개구(31)된 캔(30)의 내부에 수용된다. 캔(30)의 내부에는 추후 설명하는 전해액 주입구(13)를 통하여 전해액이 주입되는데, 전해액은 전지 내부의 양극판(24)과 음극판(22) 사이에서 리튬 이온이 이동될 수 있도록 염을 함유한 유기 액체로 형성된다. 이와 같은 전해액은 유기용매와 LiPF6, LiBF4, LiClO4 등의 리튬염으로 이루어지는 것이 바람직하다.
캡조립체(10)는 캔(30)의 개구(31)된 일측을 밀봉하며, 전극단자(11)와, 단자플레이트(16, 도2a 참조)와, 캡플레이트(14)를 포함한다. 이 중, 캡플레이 트(14)에는 캔(30) 내부의 화학반응에 의하여 충전되는 압력을 배출하는 안전변(미도시)과 전해액을 주입하는 전해액 주입구(13)가 형성된다. 이러한 캡플레이트(14)는 캔(30)의 개구(31)된 부분에 용접 등의 연결수단에 의해 결합되어 캔(30)을 밀봉할 수 있다.
이러한 이차전지에서 권취된 전극조립체(20)가 캔(30) 내부에서 유동되는 것을 방지하기 위하여 전극조립체(20)로부터 양극탭(20a) 및 음극탭(20b)을 거쳐 캡조립체(10)의 캡플레이트(14) 하부면까지 고정테이프(40)가 연속되도록 부착된다.
이때, 고정테이프(40)는 전극조립체(20)의 장측면 면적의 적어도 30%에 해당하는 면적만큼 부착된다. 고정테이프(40)가 30% 미만으로 부착될 경우 부착력이 강하지 않아 고정테이프가 탈착될 수 있다. 이러한 고정테이프(40)에 의해 기존에 권취된 전극조립체(20)가 풀리지 않도록 하기 위하여 사용되던 마감테이프를 생략할 수 있다.
또한, 일반적인 마감테이프의 두께가 22㎛임을 감안하여, 고정테이프(40)의 두께는 20㎛ 내지 30㎛ 범위로 형성됨이 바람직하다. 20㎛ 미만일 경우, 고정테이프(40)의 강도가 약해 찢어져서 전극조립체로부터 떨어질 수 있으며, 30㎛를 초과할 경우, 고정테이프(40)의 두께가 과도하게 두꺼워져 전극조립체(20)로부터 양극탭(20a) 및 음극탭(20b)을 거쳐 캡플레이트(14)의 하부면까지 부착하기가 용이하지 않다.
보다 구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정테이프(40)는 전극조립체(20)의 대향하는 각각의 장측면으로부터 양극탭(20a) 및 음극탭(20b)을 거쳐 캡 플레이트(14)의 하부면까지 부착된다. 즉, 고정테이프(40)가 서로 마주보도록 형성되는 것이 바람직하며, 이에 의해 전극조립체(20)가 캔(30) 내부에서 유동되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 고정테이프(40)는 기존에 전극조립체(20)와 캡조립체(10) 사이에 위치하여 전극조립체의 유동을 방지해주는 절연케이스와 같은 역할을 함으로써, 절연케이스를 대체할 수 있다. 이로써, 절연케이스의 두께만큼 전지 내부의 공간이 늘어나게 되고, 그만큼 양극판(24) 및 음극판(22)의 면적을 더 늘림으로써 전지의 용량을 향상시킬 수 있다.
여기서, 캔(30) 내부에 주입된 전해액에 침지된 상태로 이차전지 제품이 제조되므로, 고정테이프(40)는 전해질에서 녹지 않는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게, 고정테이프(40)는 폴리이미드(PI:Polyimide) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET:Polyethylene terephthalate)로 형성될 수 있다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정테이프의 부착 상태를 나타내는 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 A-A`를 나타내는 측단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지는 캔(30) 내부에 삽입된 전극조립체(20)의 유동을 방지하기 위하여, 고정테이프(40)가 전극조립체(20)로부터 양극탭(20a) 및 음극탭(20b)을 거쳐 캡조립체(10)의 하부면까지 연속하여 부착된다. 보다 상세하게, 고정테이프(40)는 전극조립체(20)로부터 양극탭(20a) 및 음극탭(20b)을 거쳐 캡플레이트(14)의 하부면까지 연속하여 부착되어 있다.
캡플레이트(14)에는 전극단자(11)가 형성되는데, 전극단자(11)는 절연플레이 트(15) 및 가스켓(12)을 개재하여 캡플레이트(14)와 절연된 상태로 결합된다. 그리고, 전극단자(11)는 전극조립체(20)의 음극판으로부터 인출되는 음극탭(20b)과의 접속성을 위해 단자플레이트(16)를 개재하여 물리적으로 결합된다. 또한, 전극조립체(20)의 양극판으로부터 인출되는 양극탭(20a)은 캡플레이트(14)에 접속된다. 이때, 양극판 및 음극판으로부터 각각 양극탭(20a), 음극탭(20b)을 통하여 인출되는 각각의 전극의 극성은 전지의 구성에 따라 상호 바뀔 수 있음은 물론이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고정테이프의 부착 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 제2 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체(20), 캔(30), 캡조립체(10)를 포함한다. 캔(30) 내부에 양극탭(20a)이 접속된 양극판(24)과, 음극탭(20b,도 2b 참조)이 접속된 음극판(22) 및 그 사이에 세퍼레이터(23)가 적층되어 권취된 전극조립체(20)가 삽입되며, 캔(30)의 개구된 부분은 캡조립체(10)에 의하여 밀봉된다. 이때, 캡조립체(10)는 캡플레이트(14)와, 캡플레이트(14)의 하부면에 형성된 단자플레이트(16,도 2b 참조)를 포함한다.
또한, 고정테이프(40)가 전극조립체(20)로부터 양극탭(20a) 및 음극탭(20b)을 거쳐 캡플레이트(14)의 하부면에 부착됨으로써, 이차전지의 캔(30) 내부에서 전극조립체(20)가 유동되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 고정테이프(40)는 전극조립체(20)의 대향하는 각각의 장측면으로부터 상기 양극탭(20a) 및 음극탭(20b)을 거쳐 캡플레이트(14)의 하부면까지 부착될 수 있다.
여기서, 고정테이프(40)가 전극조립체(20)의 하단부까지 연장되어 형성됨에 의해, 전극조립체(20)가 캔(30)의 개구를 통해 캔(30)의 내부로 삽입될 때, 전지의 캔(30)으로 사용되는 알루미늄, 스테인리스, 니켈 도금 연강 등의 금속 내면과의 슬라이딩성을 개선할 수 있다. 이에 의해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고정테이프(40)는 전극조립체(20)가 캔(30)의 내부로 삽입되는 것을 용이하게 함과 동시에 전극조립체(20)의 권취가 캔(30)의 내면과의 마찰에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기존에 권취된 전극조립체(20)가 풀리지 않도록 하기 위하여 사용되던 마감테이프를 생략할 수 있다.
본 발명의 실시예에서의 전극조립체는 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 권취된 형상으로 형성되었으나, 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 반복적으로 적층된 형상으로 형성될 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 분리 사시도.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정테이프의 부착 상태를 나타내는 사시도.
도 2b는 도 2a의 A-A`를 나타내는 측단면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고정테이프의 부착 상태를 나타내는 사시도.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10 : 캡조립체 11 : 전극단자
12 : 가스켓 20 : 전극조립체
20a : 양극탭 20b : 음극탭
30 : 캔 40 : 고정테이프
Claims (8)
- 양극탭이 접속된 양극판과 음극탭이 접속된 음극판 및 그 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극조립체;상기 전극조립체를 수용하도록 일측이 개구된 캔; 및상기 캔의 개구된 부분을 밀봉하는 캡조립체;를 포함하며,상기 전극조립체로부터 상기 양극탭 및 음극탭을 거쳐 상기 캡조립체의 하부면까지 연속하여 부착된 고정테이프;를 더 포함하는 이차전지.
- 제1항에 있어서,상기 캡조립체는 캡플레이트와, 상기 캡플레이트의 하부면에 형성된 절연플레이트 및 단자플레이트를 포함하며, 상기 고정테이프가 상기 전극조립체로부터 상기 양극탭 및 음극탭을 거쳐 상기 캡플레이트의 하부면에 부착되는 이차전지.
- 제1항에 있어서,상기 전극조립체는 한 쌍의 장측면과, 상기 장측면의 양측부를 연결하는 단측면을 포함하며, 상기 고정테이프는 상기 전극조립체의 대향하는 각각의 장측면으로부터 상기 양극탭 및 음극탭을 거쳐 상기 캡조립체의 하부면까지 부착되는 이차전지.
- 제3항에 있어서,상기 고정테이프는 상기 전극조립체의 장측면 면적의 적어도 30%에 해당하는 면적만큼 부착되는 이차전지.
- 제1항에 있어서,상기 고정테이프는 상기 전극조립체의 하단부까지 연장되어 형성되는 이차전지.
- 제1항에 있어서,상기 고정테이프는 캔 내부에 주입된 전해액에서 녹지 않는 물질로 형성되는 이차전지.
- 제1항에 있어서,상기 고정테이프는 폴리이미드(PI) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 형성되는 이차전지.
- 제1항에 있어서,상기 고정테이프의 두께는 20㎛ 내지 30㎛ 범위로 형성되는 이차전지.
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