KR20160052252A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 전지 용량을 증대시키면서 안전성을 향상시키는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 무지부와 코팅부를 구비하는 제1전극과 제2전극 사이에 세퍼레이터를 배치하여 권취되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 및 상기 제1전극과 상기 제2전극에 연결되어 상기 케이스의 외부로 인출되는 제1전극단자와 제2전극단자를 포함하며, 상기 제1전극의 무지부는 상기 전극 조립체의 최외곽에 위치하는 종단부의 내면 무지부와 외면 무지부를 포함하고, 상기 제2전극은 상기 제1전극의 내면 무지부에 마주하는 종단부의 외면 무지부를 구비하고, 상기 외면 무지부의 반대측에 내면 추가 코팅부를 포함한다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 양극과 음극에서 코팅부의 면적을 늘려서 용량을 증대시키면서 안정성을 향상시키는 이차 전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발에 따라 에너지원으로써 이차 전지의 수요가 증가되고 있다. 이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다.
소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
예를 들면, 이차 전지는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스(또는 파우치) 및 전극 조립체를 케이스 외부로 인출하는 전극단자를 포함한다.
이차 전지의 고용량화가 지속됨에 따라 에너지밀도가 상승되고 또한 안전성이 악화되고 있다. 이를 개선 하기 위하여, 양극과 음극의 종단부에서 무지부를 길게 구비함으로써, 도전부재 관통시, 양극 기재와 음극 기재가 최초 쇼트(short circuit)를 일으킬 수 있다.
따라서 고전류에 의한 열이 발생할 때, 길게 형성된 무지부는 다른 부재들, 예를 들면, 세퍼레이터에서 발화가 일어나지 않게 한다. 양, 음극 기재의 추가 무지부 및 이에 따른 세퍼레이터의 추가 부분은 전지 용량에 관계하지 않으면서 이차 전지의 내부 체적을 감소시킨다.
본 발명의 일 측면은 전지 용량을 증대시키면서 안전성을 향상시키는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 이차 전지는, 무지부와 코팅부를 구비하는 제1전극과 제2전극 사이에 세퍼레이터를 배치하여 권취되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 및 상기 제1전극과 상기 제2전극에 연결되어 상기 케이스의 외부로 인출되는 제1전극단자와 제2전극단자를 포함하며, 상기 제1전극의 무지부는 상기 전극 조립체의 최외곽에 위치하는 종단부의 내면 무지부와 외면 무지부를 포함하고, 상기 제2전극은 상기 제1전극의 내면 무지부에 마주하는 종단부의 외면 무지부를 구비하고, 상기 외면 무지부의 반대측에 내면 추가 코팅부를 포함한다.
상기 종단부에서, 상기 제1전극의 내면 무지부는 상기 전극 조립체의 폭(W)에 대응하는 제1길이(L1)를 가지고, 상기 제1전극의 외면 무지부는 상기 전극 조립체의 최외곽을 1회 권취하는 제2길이(L2)를 가질 수 있다.
상기 제2전극의 외면 무지부는 상기 전극 조립체의 폭(W) 이상 내지 상기 폭의 2/3로 설정되는 제3길이를 가질 수 있다.
상기 내면 추가 코팅부는 상기 제2전극의 외면 무지부의 반대측에서 상기 제3길이와 동일한 길이로 형성될 수 있다.
상기 내면 추가 코팅부는 상기 제2전극의 내면에 형성되는 내면 코팅부의 두께보다 더 두껍게 형성되는 일 부분을 포함할 수 있다.
상기 제1전극은 상기 전극 조립체의 중심에 위치하는 선단부의 양면 무지부를 더 구비하며, 상기 제2전극은 상기 전극 조립체의 중심에 위치하는 선단부에서 선단부 내면 무지부와 선단부 외면 무지부를 구비하고, 상기 선단부 내면 무지부에 상기 제2전극단자를 연결하며, 상기 선단부 내면 무지부의 반대측에 외면 추가 코팅부를 구비할 수 있다.
상기 외면 추가 코팅부는 상기 제2전극의 외면에 형성되는 외면 코팅부의 두께와 동일하게 형성될 수 있다.
상기 제2전극은 상기 전극 조립체의 종단부에서 상기 외면 무지부의 반대측에 형성되는 내면 추가 코팅부, 및 상기 전극 조립체의 선단부에서 선단부 내면 무지부의 반대측에 형성되는 외면 추가 코팅부를 포함할 수 있다.
상기 제1전극의 무지부는 상기 전극 조립체의 선단부에서 상기 제2전극의 외면 무지부에 대응하는 양면 무지부를 더 구비하고, 상기 제1전극의 코팅부는 상기 외면 추가 코팅부에 대응하는 양면 코팅부를 구비할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는 제2전극의 외면 무지부의 반대측에 내면 추가 코팅부를 구비하여 제1전극의 코팅부에 마주하므로 전지 용량을 증대시킬 수 있고, 제2전극의 외면 무지부를 제1전극의 내면 무지부에 마주하므로 도전부재 관통시, 최초 쇼트(short circuit)를 유발하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지의 사시도이다.
도 3은 도 1에 적용되는 전극 조립체를 확대한 단면도이다.
도 4는 도 3의 전극 조립체에 적용되는 양극과 음극을 펼친 선단부와 종단부의 펼친 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 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 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차 전지의 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 이차 전지는 전극 조립체(110), 및 전극 조립체(110)를 내장하는 케이스(일례를 들어 이하에서는 "파우치(120)"라 함)를 포함한다.
전극 조립체(110)는 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 제1전극(편의상 "양극"이라 한다)(11)과 제2전극(편의상, "음극"이라 한다)(12)을 배치하여 권취함으로써 젤리롤 형태로 이루어진다. 세퍼레이터(13)는 리튬 이온을 통과시키는 폴리머 필름으로 형성될 수 있다.
전극 조립체(110)는 양, 음극(11, 12)에 각각 연결되는 제1전극단자(편의상, "양극단자"라 한다)(14)와 제2전극리드(편의상, "음극단자"라 한다)(15)를 더 포함한다.
도 3은 도 1에 적용되는 전극 조립체를 확대한 단면도이고, 도 4는 도 3의 전극 조립체에 적용되는 양극과 음극을 펼친 선단부와 종단부의 펼친 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 양극(11)은 금속 박판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(11a, 내면 코팅부(111a)와 외면 코팅부(112a)), 및 활물질을 도포하지 않아 노출된 진접체로 설정되는 무지부(11b)를 포함한다. 예를 들면, 양극(11)의 집전체 및 양극단자(14)는 Al으로 형성될 수 있다.
음극(12)은 양극(11)의 활물질과 다른 활물질을 금속 박판의 집전체에 도포한 코팅부(12a, 내면 코팅부(121a)와 외면 코팅부(122a)), 및 활물질을 도포하지 않아 노출된 집전체로 설정되는 무지부(12b)를 포함한다. 예를 들면, 음극(12)의 집전체 및 음극단자(15)는 Cu로 형성될 수 있다.
양극단자(14)는 양극(11)의 무지부(11b)에 연결되고, 음극단자(15)는 양극단자(14)와 이격되어 음극(12)의 무지부(12b)에 연결된다. 양, 음극단자(14, 15)는 전극 조립체(110)의 동일 측면(도 1 및 도 2의 좌측)으로 인출되어 각각 배치된다. 도시하지 않았지만, 양, 음극단자는 전극 조립체의 서로 반대 측면(도 1 및 도 2의 좌, 우측)으로 각각 배치될 수도 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 파우치(120)는 전극 조립체(110)를 수용하고, 그 외곽부를 열융착하여 이차 전지를 형성한다. 이때, 양, 음극단자(14, 15)는 절연부재(16, 17)로 피복되어, 융착된 부분을 통하여 파우치(120) 밖으로 인출된다. 즉 절연부재(16, 17)는 양, 음극단자(14, 15)를 전기적으로 절연하고, 양, 음극단자(14, 15)와 파우치(120)를 전기적으로 절연한다.
파우치(120)는 전극 조립체(110)의 외부를 감싸는 다층 시트 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 파우치(120)는 내면을 형성하며 절연 및 열융착 작용하는 폴리머 시트(121), 외면을 형성하여 보호 작용하는 PET(polyethyleneterephthalate) 시트, 나일론 시트 또는 PET-나일론 복합 시트(122)(이하에서, 편의상 "나일론 시트"를 예로 설명한다), 및 기계적인 강도를 제공하는 금속 시트(123)를 포함한다. 금속 시트(123)는 폴리머 시트(21)와 나일론 시트(122) 사이에 개재되며, 일례인 알루미늄 시트로 형성될 수 있다.
파우치(120)는 전극 조립체(110)를 수용하는 제1외장재(201), 및 전극 조립체(110)를 덮고 전극 조립체(110)의 외측에서 제1외장재(201)에 열융착되는 제2외장재(202)를 포함한다. 제1, 제2외장재(201, 202)는 동일한 층구조의 폴리머 시트(121), 나일론 시트(122) 및 금속 시트(123)로 형성될 수 있다.
예를 들면, 제1외장재(201)는 전극 조립체(110)를 수용하도록 오목 구조로 형성되고, 제2외장재(202)는 제1외장재(201)에 수용된 전극 조립체(110)를 덮을 수 있도록 평평하게 형성되어 있다. 도시하지 않았으나 제2외장재는 제1외장재에 연결될 수도 있다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 양극(11)의 무지부(11b)는 전극 조립체(110)의 최외곽에 위치하는 종단부에서 내면 무지부(111b)와 외면 무지부(112b)를 포함한다.
전극 조립체(110)의 종단부에서, 양극(11)의 내면 무지부(111b)는 전극 조립체(110)의 폭(W)에 대응하는 제1길이(L1, L1=W)를 가진다. 양극(11)의 외면 무지부(112b)는 전극 조립체(110)의 최외곽을 1회 권취하는 제2길이(L2)를 가진다. 외면 무지부(112b)는 음극(12)의 코팅부(12a)와 마주하지 않으므로 불필요한 양극(11) 코팅부(11b)의 재료 낭비를 방지한다.
음극(12)은 양극(11)의 내면 무지부(111b)에 마주하는 종단부의 외면 무지부(121b)를 구비하고, 외면 무지부(121b)의 반대측에 내면 추가 코팅부(123a)를 포함한다.
음극(12)의 외면 무지부(121b)는 전극 조립체(110)의 폭(W) 이상 내지 폭(W)의 2/3로 설정되는 제3길이(L3)를 가질 수 있다. 음극(12)의 외면 무지부(121b)는 양극(11)의 내면 무지부(111b)와 마주함으로써, 도전부재(N) 관통시, 전극 조립체(110)의 최외곽에서 단락을 유도하여 이차 전지의 안전성을 향상시킨다.
음극(12)의 내면 추가 코팅부(123a)는 음극(12)의 외면 무지부(121b)의 반대측에서 제3길이(L3)와 동일한 길이로 형성된다. 내면 추가 코팅부(123a)는 전극 조립체(110)에서 양극(12)의 외면 코팅부(112a)에 마주하므로 이차 전지의 용량을 증대시킨다.
내면 추가 코팅부(123a)는 음극(12)의 내면에 형성되는 내면 코팅부(121a)의 두께(t1)보다 더 두꺼운 두께(t2)로 형성되는 일 부분(P)을 포함한다. 내면 추가 코팅부(123a)는 전극 조립체(110)의 종단부에서, 양극(11)에서 음극(12)으로 이동하는 리튬 이온을 더 많이 받을 수 있다.
따라서 내면 추가 코팅부(123a)에 대응하는 음극(12)의 집전체에서 리튬이 석출되지 않는다. 즉 내면 추가 코팅부가 구비되지 않는 전극 조립체와 비교할 때, 본 발명의 전극 조립체(110)는 보다 높은 안정성을 가질 수 있다.
한편, 전극 조립체(110)의 중심에 위치하는 선단부에서, 양극(11)은 양면 무지부(113b, 114b)를 더 구비한다. 전극 조립체(110)의 중심에 위치하는 선단부에서, 음극(12)은 선단부 내면 무지부(122b)와 선단부 외면 무지부(123b)를 구비한다.
음극단자(15)는 선단부 내면 무지부(122b)에 용접으로 연결하고, 선단부 내면 무지부(122b)의 반대측에 외면 추가 코팅부(124a)를 구비한다. 양극(11)의 코팅부(11a)는 외면 추가 코팅부(124a)에 대응하는 양면 코팅부(113a, 114a)를 구비한다. 외면 추가 코팅부(124a)는 양극(11)의 양면 코팅부(113a, 114a) 중 내면 측 코팅부(113a)에 마주하여 이차 전지의 용량을 증대시킨다.
외면 추가 코팅부(124a)는 음극(12)의 외면에 형성되는 외면 코팅부(122a)의 두께(t3)와 동일한 두께(t3)로 형성된다. 따라서 음극(12)의 외면 추가 코팅부(124a)와 양극(11)의 내면 측 코팅부(113a)의 용량은 같은 면적의 음극(12)의 외면 코팅부(122a)와 양극(11)의 내면 코팅부(111a)의 용량과 동일할 수 있다.
즉 음극(12)에서, 내면 추가 코팅부(123a)는 전극 조립체(110)의 종단부에서 외면 무지부(121b)의 반대측에 형성되고, 외면 추가 코팅부(124a)는 전극 조립체(110)의 선단부에서 선단부 내면 무지부(122b)의 반대측에 형성된다. 따라서 음극(12)의 내면 추가 코팅부(123a)와 외면 추가 코팅부(124a)는 양극(11)의 코팅부(11a)에 더 마주하므로 이차 전지의 용량을 증대시기고, 안정성을 향상시킬 수 있다.
양극(11)의 무지부(11b)는 전극 조립체(110)의 선단부에서 음극(12)의 외면 무지부(123b)에 대응하는 양면 무지부(113b, 114b)를 더 구비한다. 양면 무지부(113b, 114b)는 양면 코팅부(113a, 114a)에 의하여 최소로 형성되므로 이차 전지의 용량 저하를 최소화 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 파우치형 이차 전지를 예시하고 있으나, 원통형 이차 전지 및 각형 이차 전지에도 적용될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
11: 제1전극(양극) 11a, 12a: 코팅부
11b, 12b: 무지부 12: 제2전극(음극)
13: 세퍼레이터 14: 제1전극단자(양극단자)
15: 제2전극리드(음극단자) 16, 17: 절연부재
110: 전극 조립체 111a, 121a: 내면 코팅부
111b: 내면 무지부 112a, 122a: 외면 코팅부
112b, 121b: 외면 무지부 113a, 114a: 양면(내, 외면 측) 코팅부
113b, 114b: 양면 무지부 120: 케이스(파우치)
121: 폴리머 시트 122: 나일론 시트
122b: 선단부 내면 무지부 123a: 내면 추가 코팅부
123b: 선단부 외면 무지부 123: 금속 시트
124a: 외면 추가 코팅부 201: 제1외장재
202: 제2외장재 L1, L2, L3: 제1, 제2, 제3길이
t1, t2, t3: 두께 W: 전극 조립체의 폭

Claims (9)

  1. 무지부와 코팅부를 구비하는 제1전극과 제2전극 사이에 세퍼레이터를 배치하여 권취되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 제1전극과 상기 제2전극에 연결되어 상기 케이스의 외부로 인출되는 제1전극단자와 제2전극단자
    를 포함하며,
    상기 제1전극의 무지부는,
    상기 전극 조립체의 최외곽에 위치하는 종단부의 내면 무지부와 외면 무지부를 포함하고,
    상기 제2전극은
    상기 제1전극의 내면 무지부에 마주하는 종단부의 외면 무지부를 구비하고, 상기 외면 무지부의 반대측에 내면 추가 코팅부를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 종단부에서, 상기 제1전극의 내면 무지부는 상기 전극 조립체의 폭(W)에 대응하는 제1길이(L1)를 가지고,
    상기 제1전극의 외면 무지부는 상기 전극 조립체의 최외곽을 1회 권취하는 제2길이(L2)를 가지는 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2전극의 외면 무지부는 상기 전극 조립체의 폭(W) 이상 내지 상기 폭의 2/3로 설정되는 제3길이(L3)를 가지는 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내면 추가 코팅부는 상기 제2전극의 외면 무지부의 반대측에서 상기 제3길이와 동일한 길이로 형성되는 이차 전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 내면 추가 코팅부는 상기 제2전극의 내면에 형성되는 내면 코팅부의 두께보다 더 두껍게 형성되는 일 부분을 포함하는 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극은
    상기 전극 조립체의 중심에 위치하는 선단부의 양면 무지부를 더 구비하며,
    상기 제2전극은
    상기 전극 조립체의 중심에 위치하는 선단부에서 선단부 내면 무지부와 선단부 외면 무지부를 구비하고,
    상기 선단부 내면 무지부에 상기 제2전극단자를 연결하며,
    상기 선단부 내면 무지부의 반대측에 외면 추가 코팅부를 구비하는 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 외면 추가 코팅부는 상기 제2전극의 외면에 형성되는 외면 코팅부의 두께와 동일하게 형성되는 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2전극은
    상기 전극 조립체의 종단부에서 상기 외면 무지부의 반대측에 형성되는 내면 추가 코팅부, 및
    상기 전극 조립체의 선단부에서 선단부 내면 무지부의 반대측에 형성되는 외면 추가 코팅부를 포함하는 이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1전극의 무지부는
    상기 전극 조립체의 선단부에서 상기 제2전극의 외면 무지부에 대응하는 양면 무지부를 더 구비하고,
    상기 제1전극의 코팅부는,
    상기 외면 추가 코팅부에 대응하는 양면 코팅부를 구비하는 이차 전지.
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