KR20190024452A - metal tab - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플렉서블 환경에서 발생할 수 있는 전지의 기계적 문제를 해결할 수 있는 플렉서블 전지용 금속탭에 관한 것이다.The present invention relates to a metal tap for a flexible battery capable of solving the mechanical problem of a battery which can occur in a flexible environment.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 상기 휴대형 전자기기의 경량화와 고기능화 및 사물인터넷(Internet of things, IoT)이 발전함에 따라 그 구동 전원으로 사용되는 이차전지에 관한 많은 연구가 이루어지고 있다.A secondary battery is a battery capable of charging and discharging unlike a primary battery which can not be charged, and is widely used in high-tech electronic devices such as a cellular phone, a notebook computer, and a camcorder. [0003] As the portable electronic devices have become lighter and more sophisticated and the Internet of things (IOT) has developed, much research has been conducted on secondary batteries used as driving power sources.
특히, 리튬 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도도 높다는 장점이 있어서 그 수요가 증가하고 있는 추세이다. Particularly, lithium secondary batteries have higher voltage and higher energy density per unit weight than nickel-cadmium batteries and nickel-hydrogen batteries, which are widely used as power sources for portable electronic equipment, and their demand is increasing.
이차 전지는 전해물질에 양극과 음극을 삽입한 상태에서, 상기한 양극과 음극을 연결했을 때 전해물질과 전극 사이에서 발생되는 전기화학적 반응을 이용한 전지로서, 기존의 일차전지와는 달리 전기전자제품에서 소모된 에너지를 충전기에 의해 재충전하여 반복 사용할 수 있는 충전과 방전이 가능한 전지이므로 무선 전기전자제품의 대중화와 더불어 확산되고 있는 추세이다.The secondary battery is a battery using an electrochemical reaction generated between an electrolytic material and an electrode when the positive electrode and the negative electrode are connected to each other while an anode and a cathode are inserted into the electrolytic material. Unlike a conventional primary battery, Is a battery capable of recharging and recharging the energy consumed by the battery charger and used repeatedly, so that it is spreading with the popularization of wireless electric and electronic products.
통상적으로, 양극판과 음극판과 사이에 분리막을 삽입하고 이들을 함께 나선형으로 권취시킨 젤리롤 형태의 권취형 전극 조립체, 또는 분리막을 사이에 두고 다수의 양극판과 음극판을 적층하여 형성된 플렉서블 적층형 전극 조립체를 리튬 이차 전지에 많이 사용하고 있다. 예를 들어, 원통형 전지는 권취형 전극 조립체를 원통형 캔에 수납하고 전해질을 주입한 후 밀봉하는 것이고, 각형 전지는 권취형 전극 조립체나 적층형 전극 조립체를 압박하여 납작하고 평평하게 만든 다음 각형 캔에 수납하는 것이다. 또한, 파우치형 전지는 권취형 전극 조립체나 적층형 전극 조립체를 전해질과 함께 파우치형 외장재로 포장한 것이다. 이러한 전극 조립체에서, 양극판과 음극판으로부터 각각 양극탭과 음극탭이 전극 조립체의 외부로 인출되어 이차 전지의 양극과 음극에 연결될 수 있다.Typically, a flexible laminated type electrode assembly formed by laminating a plurality of positive electrode plates and negative electrode plates with a separator interposed therebetween, in which a separation membrane is inserted between a positive electrode plate and a negative electrode plate and wound together in a helical shape, It is widely used in batteries. For example, a cylindrical battery includes a cylindrical can accommodated in a cylindrical can, and an electrolyte is injected and sealed. The prismatic type cell is formed by pressing a wound electrode assembly or a stacked electrode assembly to flatten and flatten it, . The pouch-type battery is formed by wrapping a wound electrode assembly or a stacked electrode assembly together with an electrolyte in a pouch-type sheathing material. In such an electrode assembly, the positive electrode tab and the negative electrode tab may be respectively drawn out from the positive electrode plate and the negative electrode plate to the outside of the electrode assembly and connected to the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery.
한편, 상하 방향으로 적층된 다수의 양극판과 음극판 상의 전극 탭을 통해 전극 리드에 연결하게 되는데, 종래의 전극 탭과 전극 리드 간의 결합구조는 직접 용착을 하는 과정에서 결합력이 다소 떨어지게 됨으로써, 구부리는 것과 같은 전지의 변형 사용 동작을 통해서 상기 전극 탭과 전극 리드 간에 결합에 문제가 발생하게 된다. 한국 공개특허공보 제10-2013-0063709호를 참조하여 파우치형 전지를 예를 들어 설명하면, 두 전극과 분리막, 전해질을 파우치에 넣고 실링하여 사용하는 파우치형 이차전지에 있어서, 파우치가 내부 수지 층, 금속박 층, 외부 수지 층으로 이루어지고, 내부 수지 층과 금속박 층이 맞닿는 면에 금속박 층 보다 반응성이 작은 버퍼 층이 형성되어 있다고 개시되어 있다. 이 경우, 금속박 층 보다 반응성이 작은 버퍼 층을 추가로 형성함으로써, 내부 수지 층에 마이크로 크랙(micro crack)이 발생하는 등 손상이 가는 경우에도 금속박 층의 산화 반응을 막음으로써, 전지의 외측 부식을 방지할 수 있는 장점이 있지만, 근본적으로 금속박은 벤딩시 구겨짐과 같은 변형에 취약하여 플렉서블 전지의 특성을 저하시키는 문제점이 있다.Meanwhile, the electrode tabs are connected to the electrode leads through the plurality of positive electrode plates stacked in the vertical direction and the electrode tabs on the negative electrode plate. In the conventional joint structure between the electrode tabs and the electrode leads, the bonding force is somewhat lowered in the process of direct welding, There is a problem in coupling between the electrode tab and the electrode lead through the deformation using operation of the same battery. For example, in a pouch-type secondary battery according to Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0063709, a pouch type secondary battery using two electrodes, a separator, and an electrolyte in a pouch and sealing them, , A metal foil layer, and an outer resin layer, and a buffer layer having less reactivity than the metal foil layer is formed on the surface where the inner resin layer and the metal foil layer are in contact with each other. In this case, by further forming a buffer layer having less reactivity than the metal foil layer, the oxidation reaction of the metal foil layer is prevented even when damage occurs such as micro cracks in the internal resin layer, However, the metal foil is vulnerable to deformation such as wrinkling at the time of bending, thereby deteriorating the characteristics of the flexible battery.
종래 기술에서 일반적인 전지 어셈블리의 굽힘 동작시에는 굽힘 안쪽은 압축응력이 인가되고, 그 반대쪽에는 인장응력이 전지에 인가됨에 따라, 전지의 전극 조립체를 감싸는 외장재도 늘어나거나 좁혀지면서 국부적인 기계적 파손이 발생한다. 따라서, 플렉서블 특성에 적합한 새로운 플렉서블 전지 어셈블리가 필요한 상황이다.In the prior art, when a bending operation of a general battery assembly is performed, compressive stress is applied to the inside of the bend, and tensile stress is applied to the opposite side of the bend, so that the external covering material surrounding the electrode assembly of the battery is expanded or narrowed. do. Therefore, a new flexible battery assembly suitable for flexible characteristics is required.
더 나아가, 일반적인 리튬이차전지의 집전체의 경우 활물질에서 발생되는 전자를 외부로 흐를 수 있는 경로는 제공하는데 이때 상이한 극성을 갖는 전극으로부터 돌출되어 연장된 전극탭은 서로 다른 특성을 갖는 각각의 금속을 사용한다. 예를 들어 음극 집전체로는 구리가 주로 사용된다. 그 이유는 알루미늄의 경우 음극의 작동전위에서 리튬과 반응하여 합금을 생성하기 때문이다. 반면, 구리의 경우에는 음극의 작동전위에서 산화환원반응에 참여하지 않아 안정적이다. 이때, 알루미늄과 같이 영률(Young's modulus)이 낮은 금속 집전체와, 구리 등과 같이 상대적으로 영률이 높은 금속집전체를 함께 사용하는데, 각 요소의 연신율, 두께 등이 상이한 경우 전지의 굽힘 시, 응력을 효과적으로 최소화하는 기술이 필요한데, 특히 전극과 전극리드 사이의 영률 차이에 따른 문제를 효과적으로 해결하는 기술이 필요하다.Furthermore, in the case of a current collector of a conventional lithium secondary battery, a path through which electrons generated from the active material flows can be provided. In this case, the electrode tab protruding from the electrode having a different polarity, use. For example, copper is mainly used as an anode current collector. This is because, in the case of aluminum, the alloy reacts with lithium at the working potential of the cathode. On the other hand, in the case of copper, the working potential of the cathode is stable because it does not participate in the redox reaction. At this time, a metal current collector having a low Young's modulus such as aluminum and a metal current collector having a relatively high Young's modulus such as copper are used together. When the elongation and thickness of each element are different, It is necessary to provide a technique for effectively solving the problem caused by the difference in Young's modulus between the electrode and the electrode lead.
(특허문헌 1) KR10-2013-0063709 A(Patent Document 1) KR10-2013-0063709 A
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 플렉서블 환경에서 발생할 수 있는 전지의 기계적 문제를 해결할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method capable of solving mechanical problems of a battery that can occur in a flexible environment.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 분리막을 사이에 두고 상이한 극성을 갖는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 리튬이차전지에서, 상기 제 1 전극으로부터 돌출되어 연장된 전극탭 상에만 용착된 금속탭이며, 상기 제 1 전극은 제 2 전극보다 높은 영률(Young's modulus)을 갖는 것을 특징으로 하는 금속탭인 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery including a first electrode and a second electrode having different polarities with a separator interposed therebetween, the lithium secondary battery comprising: And the first electrode has a Young's modulus higher than that of the second electrode.
상기 리튬이차전지는, 상기 금속탭 상에 전극 리드가 접합되며, 상기 제 1 전극, 금속탭 및 전극리드의 영률(Young's modulus)은 전극리드 > 금속탭 ≥ 제 1 전극 순서이다.The electrode leads are bonded to the metal tab of the lithium secondary battery, and the Young's modulus of the first electrode, the metal tab, and the electrode lead is the order of the electrode leads >
상기 금속탭은 상기 제 1 전극과 동일 재질 금속이며, 상기 제 1 전극보다 두꺼울 수 있다.The metal tab may be made of the same material as the first electrode, and may be thicker than the first electrode.
본 발명에 따르면, 전극 중 일정 수준 이하의 연신율 및 굽힘성을 갖는 전극 상에 보다 두꺼운 두께의 전극리드와 연결되는 금속탭을 사용한다. 이를 통하여 두께 및 연신율 차이에 따른 전극과 리드간 분리 문제를 효과적으로 해결한다. According to the present invention, a metal tab is used which is connected to a thicker electrode lead on an electrode having elongation and bendability lower than a certain level of the electrode. This effectively solves the separation problem between the electrode and the lead due to the difference in thickness and elongation.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속탭이 전극탭 상에 결합된 모습의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속탭의 두께에 따라, 전지를 충전 및 방전함과 동시에 굽힘 시험을 진행할 때, 굽힘 횟수에 따른 전압의 변화를 보이는 그래프이다.FIG. 1 is a perspective view of a metal tab coupled to an electrode tab according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a graph showing a change in voltage according to the number of times of bending when a bending test is performed while charging and discharging the battery according to the thickness of the metal tab according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 플렉서블 전지에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a flexible battery according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다. The following examples are intended to illustrate the present invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention. Accordingly, equivalent inventions performing the same functions as the present invention are also within the scope of the present invention.
또한, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In addition, in adding reference numerals to the constituent elements of the respective drawings, it should be noted that the same constituent elements are denoted by the same reference numerals even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be " connected, " " coupled, " or " connected. &Quot;
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속탭이 전극탭 상에 결합된 모습의 사시도이다.FIG. 1 is a perspective view of a metal tab coupled to an electrode tab according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 금속탭(100)은, 분리막(400)을 사이에 두고 상이한 극성을 갖는 제 1 전극(200) 및 제 2 전극(300)을 포함하는 리튬이차전지에서 사용되는데, 두 종류의 전극 중 보다 높은 영률(Young's modulus)을 가짐으로써 휜 상태에서 응력을 많이 받게 되는 전극인 제 1 전극(200)에 사용된다.Referring to FIG. 1, a
본 발명에 따른 금속탭(100)은 상기 제 1 전극(200)에서부터 전기적 연결을 위하여 돌출된 탭(210, 이하 전극탭) 상에 접합된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 금속탭(100)은 제 1 전극(200)보다 낮은 영률의 제 2 전극(300)에서는 사용되지 않는데, 그 이유는 휜 상태에서 발생하는 응력에 의한 전극리드-전극 간 분리문제는 제 1 전극(200)에서 주로 발생하기 때문이다.The
본 발명의 일 실시예에서 상기 금속탭(100)의 영률은 제 1 전극(200) 보다는 크거나 같지만, 금속 리드(500)보다는 작은 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서는 굽힘 시 발생하는 응력의 정도를 두께로 제어하는데, 도 1에서 상기 금속탭(100)의 두께는 적어도 상기 제 1 전극(200)의 두께보다 더 두껍다.In one embodiment of the present invention, the Young's modulus of the
그 이유는 제 1 전극(200)보다 두꺼운 두께이어야만, 높은 영률을 갖는 전극 리드(500)의 휨에 따라 발생하는 응력을 효과적으로 흡수할 수 있기 때문이다.This is because the thickness of the
본 발명의 일 실시예에서 상기 리튬이차전지는 휘어지는 특성을 갖는 플렉서블 리튬이차전지이며, 상기 리튬이차전지의 최대 구부러짐 각도의 내각 범위는 10° 내지 180°이다. 즉, 본 발명은 플렉서블 특성의 리튬이차전지에서 발생하는 응력문제, 특히 두꺼운 두께의 전극리드(예를 들어 니켈)도 함께 휘는 경우 얇은 두께의 제 1 전극(예를 들어 구리)이 찢어지거나 분리되는 문제를 해결하기 위하여, 금속 탭을 제 1 전극과 전극리드 사이에 사용하였다.In one embodiment of the present invention, the lithium secondary battery is a flexible lithium secondary battery having a bending characteristic, and the internal angle range of the maximum bending angle of the lithium secondary battery is 10 ° to 180 °. That is, the present invention is based on the finding that a stress problem occurring in a lithium secondary battery of flexible characteristics, particularly when a thick electrode lead (for example, nickel) is bent together with a thin first electrode (for example, copper) In order to solve the problem, a metal tab was used between the first electrode and the electrode lead.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속탭의 두께에 따라, 전지를 충전 및 방전함과 동시에 굽힘 시험을 진행할 때, 굽힘 횟수에 따른 전압의 변화를 보이는 그래프이다. 도 2를 참조하면, 20㎛의 금속탭을 적용하여 굽힘 시험을 진행한 경우에 굽힘 시험을 가하지 않은 경우와 거의 근접한 결과를 보이는 것으로 확인할 수 있다.FIG. 2 is a graph showing a change in voltage according to the number of times of bending when a bending test is performed while charging and discharging the battery according to the thickness of the metal tab according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, when the bending test is performed by applying a metal tab of 20 μm, it can be confirmed that the result is close to the case where the bending test is not applied.
Claims (4)
분리막을 사이에 두고 상이한 극성을 갖는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 리튬이차전지에서 상기 제 1 전극으로부터 돌출되어 연장된 전극탭 상에만 용착된 금속탭이며, 상기 제 1 전극은 제 2 전극보다 높은 영률(Young's modulus)을 갖는 것을 특징으로 하는 금속탭.
As a metal tab,
A lithium rechargeable battery including a first electrode and a second electrode having different polarities with a separator interposed therebetween, wherein the first electrode is a metal tab welded only on an electrode tab protruding from the first electrode, And has a higher Young's modulus.
상기 리튬이차전지의 최대 구부러짐 각도의 내각 범위는 10° 내지 180° 인 것을 특징으로 하는 금속탭.
The method according to claim 1,
Wherein the internal angle range of the maximum bending angle of the lithium secondary battery is from 10 DEG to 180 DEG.
상기 금속탭 상에 전극리드가 접합되며,
상기 제 1 전극, 금속탭 및 전극리드의 영률(Young's modulus)은 전극리드 > 금속탭 ≥ 제 1 전극인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
A lithium secondary battery comprising the metal tab according to claim 1 or 2,
An electrode lead is joined to the metal tab,
Wherein the Young's modulus of the first electrode, the metal tab, and the electrode lead is an electrode lead, a metal tab, and a first electrode.
상기 금속탭은 상기 제 1 전극과 동일 재질 금속이며, 상기 제 1 전극보다 두꺼운 두께인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.The method of claim 3,
Wherein the metal tab is made of the same metal as the first electrode and is thicker than the first electrode.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |