KR20150007741A - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

이차전지가 개시된다. 이차전지는, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 파우치와, 전극 조립체와 전기적으로 연결되어 파우치의 외부로 돌출하는 양극 탭 및 음극 탭을 포함하는 전극 탭을 포함한다. 전극 탭은 파우치의 내부에서 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 부분의 폭방향의 길이가 파우치의 외부로 돌출한 부분의 폭방향의 길이 보다 크게 형성된다.

Description

이차전지{rechargeable battery}
본 발명의 일 실시예는 두께 상승을 방지하고 안정성이 향상되는 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원 및 전력 저장용 전지 등으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 양극, 음극 및 세퍼레이터로 이루어지는 전극 조립체와, 이를 수용하는 케이스, 전극 조립체에 연결되는 전극 탭을 포함한다. 케이스는 그 형상에 따라 원형, 각형 및 파우치형 등으로 구분할 수 있다. 이 중, 파우치형 이차 전지는 그 외장을 다양한 형상으로 조절이 용이하고 중량이 작아 리튬 이온 이차 전지의 외장으로 많이 이용되는 라미네이트 시트(laminate sheet)로 형성할 수 있다.
전극 탭은 파우치의 내부에서 전극 조립체에 연결되고, 일부분은 파우치의 외부로 돌출한다. 이러한 전극 탭은 파우치의 내부에서 양극, 음극 및 세퍼레이터의 각각의 두께에 비하여 가장 두꺼운 크기로 형성된다. 이에 따라, 전극 탭이 전극 조립체와 연결되는 부분의 두께는 다른 부분의 두께보다 두꺼워질 수 있다. 따라서, 전극 탭과 전극 조립체가 전기적으로 연결되는 부분에서 전류가 집중되어 폭발이 발생될 수 있다. 또한, 이차 전지는 전극 탭과 전극 조립체의 연결 부분이 두꺼워져 전체 두께가 두꺼워지고 내구성이 약화될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 전극 탭과 전극 조립체가 전기적으로 연결되는 부분에서 전류가 집중되지 않고, 두께가 두꺼워지지 않도록 하는 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 파우치와, 전극 조립체와 전기적으로 연결되어 파우치의 외부로 돌출하는 양극 탭 및 음극 탭을 포함하는 전극 탭을 포함한다. 전극 탭은 파우치의 내부에서 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 부분의 폭방향의 길이가 파우치의 외부로 돌출한 부분의 폭방향의 길이 보다 크게 형성된다.
전극 탭은 파우치의 외부로 돌출한 부분의 두께가 파우치의 내부에서 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 부분 보다 두꺼울 수 있다.
전극 탭은 파우치의 내부에서 전극 조립체와 연결되는 부분이 플레이트 막의 형상을 이룰 수 있다. 전극 탭에서 전극 조립체와 연결되는 부분의 두께는 양극 또는 음극의 두께 이하일 수 있다.
양극 탭과 음극 탭은 전극 조립체의 내부 평면상에서 인접하게 배치될 수 있다.
전극 탭은 파우치의 내부와 외부의 사이를 연결하는 사이 부분에 경사면이 형성될 수 있다.
전극 탭이 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 부분의 평면적의 합은 전극 조립체의 평면적의 80% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차전지의 파우치 내부에서 전극 탭의 두께를 줄이고 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 면적을 확대하는 것이 가능하여, 이차 전지의 전체 두께 상승을 방지하여 내구성의 향상이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차전지의 파우치의 내부에서 전극 탭과 전극 조립체의 연결되는 면적을 확대하는 것이 가능하여, 전극 탭이 연결되는 위치에서 전류 집중되지 않도록 하여 이차전지의 폭발이 발생되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 전극 탭을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 본 도면이다.
도 4는 도 1의 전극 조립체의 내부에 양극 탭 및 음극 탭이 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는, 양극(11), 음극(13) 및 양극(11)과 음극(13) 사이에 개재되는 세퍼레이터(15)를 포함하는 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10)를 수용하는 파우치(20)와, 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결되어 파우치(20)의 외부로 돌출하는 양극 탭(31) 및 음극 탭(33)을 포함하는 전극 탭(30)을 포함한다.
전극 조립체(10)는, 양극(11), 음극(13) 및 양극(11)과 음극(13) 사이에 배치되는 세퍼레이터(15)를 포함한다. 구체적으로, 전극 조립체(10)는 띠 형상으로 이루어진 양극(11)과 음극(13)이 세퍼레이터(15)를 사이에 두고 배치되어 이들을 권취한 젤리 롤(jelly roll)로 형성된다.
양극(11) 및 음극(13)은 각각 양극 및 음극 활물질이 도포된 양극 및 음극 활물질층, 및 양극 및 음극 활물질이 도포되지 않은 양극 및 음극 무지부를 포함한다. 양극 무지부 및 음극 무지부에는 각각 양극 탭(31) 및 음극 탭(33)을 포함하는 전극 탭(30)이 연결되고, 이들 양극 탭(31) 및 음극 탭(33)은 각각 전극 조립체(10)가 권취되는 방향의 수직 방향으로 전극 조립체(10)에서 돌출되도록 형성된다. 그러나 본 발명의 전극 조립체의 구조는 상기 젤리 롤 구조에 한정되지 않으며 다른 형태의 전극 조립체, 예를 들어 스택형 전극 조립체로 형성될 수도 있다.
파우치(20)는 전극 조립체(10)를 수용하는 케이스(21) 및 케이스(21)의 상부를 덮는 덮개(23)를 포함한다. 케이스(21)는 전극 조립체(10)를 수용하도록 바닥면부과 측면부를 포함하는 수용부(21a), 및 전극 조립체(10)를 수용한 후 덮개(23)와 접합되는 실링부(21b)를 포함하고, 케이스(21)와 덮개(23)는 접합되어 이차전지(100)의 전체적인 외관을 형성한다. 본 실시예에서 파우치(20)는 금속 필름의 양면에 폴리머(polymer)를 코팅한 다층 구조의 라미네이트 시트(laminate sheet)로 형성된다. 그러나, 본 발명은 전술한 파우치의 구조에 한정되지 않으며, 파우치의 구조는 당업자에 의하여 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
전극 조립체(10)가 파우치(20)에 내장되어 밀봉될 때 양극 탭(31)과 음극 탭(33)은 파우치(20)의 일측으로 돌출된다. 이 때, 파우치(20)와 각각의 전극 탭(30)이 접촉하는 부위에서의 절연을 위하여 절연층(32, 34)이 추가로 형성될 수 있다. 절연층(32, 34)은 각각의 전극 탭(30)을 감싸도록 형성되어, 전극 탭(30)과 파우치(20)의 직접적인 접촉을 차단한다. 절연층(32, 34)은 단락을 방지하는 역할 이외에 접촉 부위에서의 실링에도 도움을 줄 수 있다. 파우치(20)의 내면을 형성하는 폴리머와 각각의 전극 탭(30) 또는 절연층의 사이의 접착을 강화하기 위하여 폴리머의 표면에 접착성이 강한 성분을 함유시킬 수도 있다. 파우치를 형성할 때 라미네이트 시트를 가압하는 프레스 공정을 적용할 수 있다. 이러한 프레스 공정에 의해 라미네이트 시트가 연신됨으로써 전극 조립체를 수용하는 수용부가 형성된다.
한편, 전극 탭(30)은 파우치(20)의 내부에 위치하여 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되는 부분(A)과 파우치(20)의 외부로 돌출하는 부분(B)의 형상이 다르게 설치된다. 이에 대해서는 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1의 케이스의 내부에 전극 탭이 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전극 탭(30)은, 파우치(20)의 내부에 위치하여 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되는 부분의 폭방향의 길이(a)가 파우치(20)의 외부로 돌출한 부분의 폭방향의 길이(b) 보다 크게 형성된다. 이와 같이, 파우치(20)의 내부에 위치하여 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되는 부분의 폭방향의 길이(a)가 파우치(20)의 외부로 돌출한 부분의 폭방향의 길이(b) 보다 크게 형성되는 것은, 파우치(20)의 내부에서 전극 탭(30)의 넓이가 넓어지도록 하여 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되는 부분의 전극 탭(30)의 두께를 줄이도록 하여 안정성을 향상시키도록 하기 위한 것이다. 이에 대해서는 이하에서 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 본 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전극 탭(30)은 파우치(20)의 내부에서 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되는 부분(A)의 두께(a1)가 파우치(20)의 외부로 돌출한 부분(B)의 두께(b1) 보다 작은 두께를 갖도록 형성된다. 이와 같이, 전극 탭(30)은 도 2 및 도 3을 참조하면 파우치(20)의 외부에 돌출하는 부분(B)의 두께(b1)에 비하여, 파우치(20)의 내부에서 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되는 부분(A)의 두께(a1)는 작아지고 전극 조립체(10)와 연결되는 면적은 더 넓게 형성된다. 따라서, 전극 탭(30)은 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되는 부분의 두께(A)를 현저하게 줄이는 것이 가능하여 이차전지(100)의 전체 두께가 상승되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 전극 탭(30)은 전극 조립체(10)와 연결되는 위치에서 두께가 상승되는 것을 방지하는 것이 가능하여 국소적으로 전류가 집중되는 현상을 방지하여 이차전지(100)의 안정성을 향상시키는 것이 가능하다.
본 실시예에서 전극 탭(30)에서 전극 조립체(10)가 전기적으로 연결되는 부분은 플레이트 막의 형상을 이루는 것도 가능하다. 이때, 전극 탭(30)의 플레이트 막의 두께는 양극 또는 음극의 두께 이하로 형성될 수 있다. 이와 같이, 전극 탭(30)에서 전극 조립체(10)와 연결되는 부분이 양극 또는 음극의 두께 이하로 형성되어, 전극 조립체(10)의 두께가 두꺼워지는 것을 방지하여 안정성의 향상이 가능하다.
도 4는 도 1의 전극 조립체의 내부에 양극 탭 및 음극 탭이 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전극 탭(30)은 양극 탭(31)과 음극 탭(33)이 파우치(20)의 내부에 위치된 평면적의 합은 전극 조립체(10)의 평면적에 대하여 80% 이상의 면적을 갖도록 형성될 수 있다. 이와 같이, 전극 탭(30)이 전극 조립체(10)의 평면적에 대하여 80% 이상의 면적으로 갖도록 형성되는 것은, 전극 조립체(10)로부터 전류 전달이 원활하게 이루어지면서 이차전지(100)의 두께 상승은 방지하기 위한 것이다. 그러나 전극 탭(30)에서 전극 조립체(10)의 내부에 위치한 면적은 전극 조립체(10)의 전체 면적의 80% 이상의 범위로 반드시 한정되는 것은 아니고, 전극 조립체(10)가 파우치(20) 내부에 설치되는 위치에 대응하여 적절하게 설치된 면적이 변경되는 것도 가능하다.
한편, 전극 탭(30)은 파우치(20)의 내부에 위치한 부분과 파우치(20)의 외부로 돌출하는 부분의 사이에는 경사면(35, 도 3참조)이 형성된다. 이와 같이, 전극 탭(30)에 경사면(35)이 형성되는 것은, 전극 탭(30)에 응력이 집중되는 것을 방지하여 내구성의 향상이 가능하도록 하기 위한 것이다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다.
11...양극 13...음극
15...세퍼레이터 20...파우치
21...케이스 21a..수용부
21b..실링부 30...전극 탭
31...양극 탭 33...음극 탭
32,34.절연층 35...경사면

Claims (7)

  1. 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 파우치; 및
    상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되어 상기 파우치의 외부로 돌출하는 양극 탭 및 음극 탭을 포함하는 전극 탭;
    을 포함하고,
    상기 전극 탭은 상기 파우치의 내부에서 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 부분의 폭방향의 길이가 상기 파우치의 외부로 돌출한 부분의 폭방향의 길이 보다 크게 형성되는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 탭은 상기 파우치의 외부로 돌출한 부분의 두께가 상기 파우치의 내부에서 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 부분 보다 두꺼운 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극 탭은 상기 파우치의 내부에서 상기 전극 조립체와 연결되는 부분이 플레이트 막의 형상을 이루는 이차전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전극 탭에서 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 부분의 두께는 상기 양극 또는 상기 음극의 두께 이하인 이차전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 양극 탭과 상기 음극 탭은 상기 전극 조립체의 내부 평면상에서 인접하게 배치되는 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극 탭은 상기 파우치의 내부와 외부의 사이를 연결하는 사이 부분에 경사면이 형성되는 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극 탭이 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 부분의 평면적의 합은 상기 전극 조립체의 평면적의 80% 이상인 이차전지.
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