KR20200057997A - 금속 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 이차전지에 관한 것으로서, 양극 전극판과, 음극 전극판과, 분리막이 교대 적층되어 이루어지는 셀 조립체와, 양극 전극판과 전기적으로 연결되는 양극 리드탭과, 음극 전극판과 전기적으로 연결되는 음극 리드탭으로 구성되는 리드탭부를 포함하며, 음극 전극판이 리튬(Li) 재질로 이루어지되, 표면 전류 밀도 상승으로 인한 금속 수지상 형성이 억제되도록, 양극 리드탭과 음극 리드탭이 서로 다른 방향으로 양극 전극판과 음극 전극판에 결합되는 하는, 금속 이차전지에 관한 것이다.

Description

금속 이차전지 {Lithium metal secondary battery}
본 발명은 금속 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차 전지에서 금속 전극을 사용 시 금속 전극의 표면에서 나타나는 금속 수지상의 형성 및 성장을 억제 가능한 금속 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이온전지는 상용화된 이차전지 중 가장 높은 출력 및 에너지밀도를 장점으로 소형 디바이스뿐만 아니라, 전기자동차(Electric vehicle), 에너지저장시스템(Energy storage system)과 같은 중대형 전지 시스템을 요구하는 디바이스에도 적용이 활발히 진행되고 있다.
특히, 환경이 파괴되는 것을 방지하기 위하여 수력 및 풍력과 같은 신재생 에너지를 활용하는 방법에 대하여 다양한 연구가 이루어지고 있으며, 그중 하나로는 기존의 내연기관 기반 자동차(Internal combustion engine car)를 전기자동차로 대체하려는 움직임이다.
그러나, 내연기관 기반 자동차를 전기자동차로 대체하려는 움직임은 전기자동차가 가지는 기술적 난제를 해결하지 못해, 현재 보급 및 대중화가 빠르게 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
상세히 설명하면, 현재 출시된 전기자동차의 일반적인 주행거리는 기존의 내연기관 자동차의 2/3 수준일 뿔만 아니라, 내연기관 자동차의 경우 기름을 넣는 시간이 수 분 내로 이루어지는데 반하여, 전기자동차의 경우 수시간의 충전시간을 필요로 하기 때문에, 실용성이 떨어지는 문제가 있었던 것이다.
위에서 설명한 문제점은 결국 배터리의 에너지 축척량이 일정 이하로 제한되는데서 발생하므로, 현재 이러한 기술적 난제를 해결할 수 있는 고에너지밀도형 이차전지의 필요성이 대두되고 있으며, 이러한 고에너지밀도형 이차전지로 금속 전극을 음극으로 사용하는 금속 이차전지가 주목받고 있다.
그러나, 금속 전극을 음극으로 사용하는 금속 이차전지는 충전 및 방전에 따라 금속 표면에서 금속 수지상이 형성되는 문제를 해결하지 못하여, 장치의 신뢰성 및 안전성이 아직 상용화 가능한 수준까지 이르지 못한 실정이다.
따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 금속 이차전지의 필요성이 대두되고 있다.
특허문헌 1) 국내공개특허공보 제2018-0101043호(명칭: 리튬 이차전지, 공개일: 2018.09.12) 특허문헌 2) 국내공개특허공보 제2018-0103734호(명칭: 리튬 이차전지용 분리막 및 이를 포함하는 리튬 이차전지, 공고일: 2018.09.19)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 금속 전극에서 금속 수지상이 형성되는 것을 억제할 수 있는 금속 이차전지를 제공하는 것이다.
상세히 설명하면, 금속 수지상은 금속 전극의 표면 전류 밀도가 높아질 시 더욱 활발하게 생성되므로, 금속 전극의 표면 전류밀도를 낮춰 금속 수지상이 형성되는 것을 방지하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 금속 이차전지는, 양극 전극판(111)과, 음극 전극판(112)과, 분리막(120)이 교대 적층되어 이루어지는 셀 조립체(100); 및 상기 양극 전극판(111)과 전기적으로 연결되는 양극 리드탭(210)과, 상기 음극 전극판(112)과 전기적으로 연결되는 음극 리드탭(220)으로 구성되는 리드탭부(200);를 포함하며, 상기 음극 전극판(120)이 리튬(Li) 재질로 이루어지되, 전류 밀도 상승으로 인한 금속 수지상(덴드라이트 또는 Dendrite) 형성이 억제되도록, 상기 양극 리드탭(210)과 상기 음극 리드탭(210)이 서로 다른 방향으로 양극 전극판(111)과 음극 전극판(112)에 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극 리드탭(210)은 상기 양극 전극판(111)에 개별적으로 결합되는 복수개의 양극 리드탭 단위체(211)가 모여 이루어지고, 상기 음극 리드탭(220)은 상기 음극 전극판(112)에 결합되는 복수개의 음극 리드탭 단위체(221)가 모여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극 전극판(111)과 상기 음극 전극판(112)은 사각 판 형상을 가지고, 상기 양극 리드탭 단위체(211)는 상기 양극 전극판(111)의 선택되는 두 개 측면이 위치된 방향으로 결합되고, 상기 음극 리드탭 단위체(221)는 상기 양극 리드탭 단위체(211)와 다른 방향에 위치된 상기 음극 전극판(112)의 두 개 측면이 위치된 방향으로 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 복수개의 상기 양극 리드탭 단위체(211)와, 복수개의 상기 음극 리드탭 단위체(221)는 서로 대향배치 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극 전극판(111)과 상기 음극 전극판(112)은 서로 동일선상에 위치되는 네 개의 측변을 가지며, 각각의 상기 양극 리드탭 단위체(211)와 각각의 상기 음극 리드탭 단위체(221)는 서로 다른 방향에 위치되는 측변에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 복수개의 상기 양극 리드탭 단위체(211)와 복수개의 상기 음극 리드탭 단위체(221)는 각각 상기 양극 전극판(111)과 상기 음극 전극판(112)에 맞모금 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 셀 조립체(100) 및 상기 셀 조립체(100)와 상기 리드탭부(200)를 감싸는 절연체(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분리막(120)은 상기 양극 전극판(111)이 위치되는 두께방향 일측에서 상기 음극 전극판(112)이 위치되는 두께방향 타측으로 공극이 형성되고, 상기 공극 상에 전해질이 위치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극 전극판(112)과 상기 음극 리드탭(220)이 결합되는 결합부를 중심으로 하는 음극 전극판(112)의 일정 영역 표면 압력이 음극 전극판(112)의 평균 표면 압력보다 높은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극 전극판(112)은 상기 음극 리드탭(220)과의 결합부를 중심으로 하는 표면의 일정 영역에 양각 또는 음각 패턴(112-1)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연체(300)는 상기 음극 전극판(112)과 상기 음극 리드탭(220)의 결합부를 중심으로 하는 일정 영역을 압박하는 돌출부(310)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 금속 이차전지 제조방법은, 상기 양극 전극판(111)과 상기 음극 전극판(112)과 상기 분리막(120)을 지정된 형상으로 개별 가공하는 가공단계(S100); 상기 양극 전극판(111)의 길이방향 양측과 상기 음극 전극판(112)의 너비방향 양측에 상기 양극 리드탭(210)과 상기 음극 리드탭(220)이 결합되는 무지부(1)를 형성하는 무지부 형성단계(S200); 상기 무지부(1)에 상기 양극 리드탭(210)과 상기 음극 리드탭(220)을 결합하는 리드탭 결합단계(S300); 및 상기 양극 리드탭(210)과 상기 음극 리드탭(220)이 서로 교차 배치되게 상기 양극 전극판(111)과 상기 분리막(120)과 상기 음극 전극판(112)을 지정된 순서에 맞춰 적층하여 셀 조립체를 형성하는 적층단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적층단계(S400)에서 형성된 셀 조립체를 절연체(300)로 감싸는 절연단계(S500)와, 상기 음극 리드탭(220)과 상기 음극 전극판(112)이 서로 결합되는 결합부를 중심으로 하는 일정 영역의 표면 압력을 높이는 압력 조절단계(S600)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 금속 이차전지는, 양극 리드탭과 음극 리드탭이 서로 다른 방향으로 배치되어, 양극 리드탭과 음극 리드탭이 각각의 전극판과 결합되는 결합부 인근에 전류 밀도가 높아져 금속 수지상이 형성되는 것을 방지하고, 결합부 인근의 온도가 일정 이상으로 상승하여 장치의 성능이 저하되는 것을 방지 가능한 장점이 있다.
또한, 리드탭이 복수개의 리드탭 단위체가 모여져 이루어지되 각각의 리드탭 단위체가 서로 이격 배치되어 전극판의 특정 영역에서 전류밀도가 높아지는 것을 방지 가능한 장점이 있다.
그리고, 리드탭 단위체가 결합되는 전극판의 결합부 주변 영역 압력을 상승시켜, 리드탭 단위체와 전극판의 결합부 인근에서 전류밀도가 높아지는 것을 최소화 가능한 장점이 있다.
상세히 설명하면, 전극판 표면 금속 수지상 형성 정도는 표면 압력과 반비례 하므로, 전극판과 리드탭 단위체 결합부의 표면압력을 높여, 전극판 표면에서의 금속 수지상 형성을 억제한 것이다.
도 1은 본 발명인 이차전지의 제1 실시예를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 이차전지의 제1 실시예를 나타낸 분해사시도.
도 3은 종래의 이차전지를 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명인 이차전지의 제2 실시예를 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명인 이차전지의 제3 실시예를 나타낸 평면도.
도 6은 본 발명인 이차전지의 제4 실시예를 나타낸 투시도.
도 7은 본 발명인 이차전지의 제5 실시예를 나타낸 평면 투시도.
도 8은 본 발명인 이차전지의 제6 실시예를 나타낸 사시도
도 9는 제 5실시예에 따른 이차전지의 A-A 단면도.
도 10은 본 발명인 이차전지에서 사용되는 절연처의 전개도.
도 11은 본 발명인 이차전지 제조방법을 나타낸 블록도.
도 12는 이차전지에 무지부가 형성된 것을 나타낸 개념도.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 금속 이차전지(1000)에 관하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 이차전지를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 이차전지를 나타낸 분해사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명인 금속 이차전지(1000)는 양극 전극판(111)과, 음극 전극판(112)과, 분리막(120)이 교대 적층되어 이루어지는 셀 조립체(100)와, 상기 양극 전극판(111)과 전기적으로 연결되는 양극 리드탭(210)과, 상기 음극 전극판(112)과 전기적으로 연결되는 음극 리드탭(220)으로 구성되는 리드탭부(200)를 포함하며, 상기 음극 전극판(120)이 리튬(Li) 재질로 이루어지되, 전류 밀도 상승으로 인한 금속 수지상 형성이 억제되도록, 상기 양극 리드탭(210)과 상기 음극 리드탭(210)이 서로 다른 방향으로 양극 전극판(111)과 음극 전극판(112)에 결합된다.
상세히 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이 양극 리드탭(210)과 음극 리드탭(220)을 동일한 방향에 위치시킬 경우, 양극 리드탭(210)과 양극 전극판(111)이 결합되는 제1 결합부 인근에서 제1 전류 밀집영역(A1)이 발생하게 되고, 음극 리드탭(220)과 음극 전극판(112)이 결합되는 제2 결합부 인근에서 제2 전류 밀집영역(A2)이 발생하게 되며, 이러한 전극 밀집영역이 동일한 위치에 형성될 경우 금속 수지상 형성이 더욱 활발히 발생할 수 있고, 전류가 일부 국소 영역에 밀집되며 전류가 밀집된 특정 영역의 온도가 높아져 전지의 능력을 저하시키는 문제가 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 양극 리드탭(210)과 음극 리드탭(220)이 양극 전극판(111)과 음극 전극판(112)에 서로 다른 방향으로 결합되게 함으로써, 이러한 문제점을 해결 한 것이다.
다시한번 설명하면, 금속 수지상 형성은 리튬으로 형성된 금속판을 음극으로 사용 시 음극 전극판과 음극 리드탭의 결합부가 위치되는 특정 영역의 표면에서 음극 전극판(112)의 표면에 전류가 밀집되며 발생하며, 금속 수지상은 리튬 전극판의 표면 전류 밀도가 높은 상태로 지속될 경우 성장하게 되며, 성장한 금속 수지상은양극 전극판과 음극 전극판을 연결하여 쇼트를 발생시키거나, 전극 판에서 분리된 후 전극판에 재부착되어 데드리튬 을 형성하여 전지의 성능을 저하시킨다.
이때, 일반적으로 금속 수지상의 성장은 리튬으로 이루어진 음극 전극판(112)에서 이루어지지만, 전류의 방전량이 일정 이상일 경우 양극 전극판(111)에서도 일어날 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 금속 이차전지(1000)의 상기 양극 리드탭(210)과 상기 음극 리드탭(210)이 서로 다른 방향에 이격 배치 되도록 하여, 전극판의 표면에 전류가 밀도가 높아져 금속 수지상이 형성되는 것을 방지 한 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 이차전지를 나타낸 평면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 양극 리드탭(210)은 상기 양극 전극판(111)에 개별적으로 결합되는 복수개의 양극 리드탭 단위체(211)가 모여 이루어지고, 상기 음극 리드탭(220)은 상기 음극 전극판(112)에 결합되는 복수개의 음극 리드탭 단위체(221)가 모여 이루어질 수 있다.
상세히 설명하면, 하나의 전극판에 하나의 리드탭만 연결될 경우 리드탭과 전극판의 결합부 인근의 전류 밀도가 높게 올라가게 되므로, 본 발명에서는 상기 양극 리드탭(210)이 양극 전극판(111)과 전기적으로 연결되는 복수개의 양극 리드탭 단위체(211)가 모여 이루어지게 하고, 상기 음극 리드탭(220)이 상기 음극 전극판(112)과 전기적으로 연결되는 복수개의 음극 리드탭 단위체(221)가 모여 이루어지게 한 후, 각각의 리드탭 단위체를 도 4에 도시된 바와 같이 서로 이격 배치시켜, 리드탭 단위체가 전극판과 연결되며 발생하는 전류 밀집영역이 일정 지역에 모이지 않고 전극판 상에 고르게 분포되게 한 것이다.
이때, 상기 양극 리드탭 단위체(211)는 상기 셀 조립체(100)의 길이방향 일측과 타측에 각각 결합될 수 있고, 상기 음극 리드탭 단위체(221) 또한 셀 조립체(100)의 길이방향 일측과 타측에 각각 결합될 수 있으며, 동일한 방향에 결합된 상기 양극 리드탭 단위체(211)와 상기 음극 리드탭 단위체(221)는 상기 셀 조립체(100)의 너비방향 일측과 양측에 서로 이격 배치될 수 있음은 물론이다.
즉, 한 쌍의 상기 양극 리드탭 단위체(211)와 한 쌍의 상기 음극 리드탭 단위체(221)가 서로 대각선 방향에 맞모금 형태로 배치되어, 양극 리드탭 단위체(211)가 양극 전극판(111)에 결합되며 나타나는 제1-1 전류 집중영역(A1-1)과, 제1-2 전류 집중영역(A1-2)과, 음극 리드탭 단위체(221)가 음극 전극판(121)에 결합되며 나타나는 제2-1 전류 집중영역(A2-1)과, 제2-2 전류 집중영역(A2-2)이 고르게 분포되게 한 것이다.
따라서, 좁은 특정 지역 상에 위치된 양극 전극판(111)과 음극 전극판(112) 상에 전류가 집중되는 것을 방지 가능함은 물론이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 금속 이차전지를 나타낸 평면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 셀 조립체(100)는 사각 판 형상을 가지고 상기 양극 리드탭 단위체(211)는 상기 셀 조립체(100)의 선택되는 두 개 측면이 위치된 방향으로 결합되고, 상기 음극 리드탭 단위체(221)는 상기 양극 리드탭 단위체(211)와 다른 방향에 위치된 상기 셀 조립체(100)의 두 개 측면이 위치된 방향으로 결합될 수 있다.
상세히 설명하면, 본 발명인 금속 이차전지(1000)의 셀 조립체(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 양극 전극판(111)과 분리막(120)과 음극 전극판(112)이 선택되는 순서에 맞춰 순차적으로 적층되어 이루어진다.
이때, 셀 조립체(100)가 사각 판 형상을 가질 경우 상기 양극 리드탭(210) 단위체와 상기 음극 리드탭(220) 단위체가 사각 판 형상의 셀 조립체(100)의 4개 측면이 위치된 방향으로 결합 가능하므로, 4개의 방향마다 선택되는 어느 하나의 리드탭 단위체를 결합하여 준 것이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 이차전지(1000)를 나타낸 사시도이다.
도 6을 참조하면, 상기 셀 조립체(100)는 네 개의 측변을 가지며, 복수개의 상기 양극 리드탭 단위체(211)와, 복수개의 상기 음극 리드탭 단위체(221)는 서로 대향 배치되되, 각각의 상기 양극 리드탭 단위체(211)와 각각의 상기 음극 리드탭 단위체(221)는 서로 다른 방향에 위치되는 측변에 인접하게 배치될 수 있다.
상세히 설명하면, 두 개의 상기 양극 리드탭 단위체(211)와 두 개의 상기 음극 리드탭 단위체(221)를 각각 양극 전극판(111)과 음극 전극판(112)의 꼭지점이 위치하는 가장자리에 인접하게 결합하여, 양극 리드탭 단위체(211)와 음극 리드탭 단위체(221)가 서로 가장 멀리 이격 배치될 수 있게 한 것이다.
이때, 상기 양극 리드탭 단위체(211)와 음극 리드탭 단위체(221)를 도면에 도시된 바와 같이 배치할 경우, 동일 평면상에 위치되는 제1-1 전류 집중영역(A1-1)과 제1-2 전류 집중영역(A1-2) 및 제2-1 전류 집중영역(A2-1)과, 제2-2 전류 집중영역(A2-2)의 이격 거리가 멀어질 뿐만 아니라, 각각의 전류 집중영역이 셀 조립체(100)의 두께 방향으로 서로 겹치지 않게 위치되므로 보다 효과적으로 전류 집중 현상을 방지 가능함은 물론이다.
도 7에는 본 발명의 제5 실시예에 따른 금속 이차전지(1000)가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명인 금속 이차전지(1000)는 상기 셀 조립체(100) 및 상기 셀 조립체(100)와 상기 리드탭부(200)를 감싸는 절연체(300)를 더 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 셀 조립체(100)와 상기 셀 조립체(100)에 결합되는 상기 리드탭부(200)의 결합면 전기가 통하지 않는 상기 절연체(300)로 감싸, 양극 전극판(111) 또는 음극 전극판(112)이 외부 물체와 전기적으로 연결되어 안전사고가 발생하는 것을 방지 한 것이다.
또한, 본 발명인 금속 이차전지(1000)는 상기 음극 전극판(112)과 사이 음극 리드탭(221)이 결합되는 결합부를 중심으로 하는 일정 영역의 표면 압력이 양극 전극판(111)과 음극 전극판(112)의 평균 표면 압력보다 높은 것을 권장한다.
상세히 설명하면, 금속 수지상은 전류가 밀도가 높은 특정 영역에서 형성되고, 전극판의 표면 압력과 반비례 하며, 금속 수지상은 음극 전극판(112)과 양극 전극판(111)중 리튬으로 이루어지는 음극 전극판(112)의 및 전류 밀집 영역 및 표면 압력이 낮은 영역에 쉽게 형성된다.
따라서, 본 발명에서는 제2 결합부를 중심으로 하며 표면 전류 밀도가 높아지는 상기 제2-1 전류 집중영역(A2-1)과, 제2-2 전류 집중영역(A2-2)의 표면 압력을 높여, 금속 수지상 형성을 억제 한 것이다.
도 8에는 본 발명의 제6 실시예에 따른 금속 이차전지(1000)가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면 상기 음극 전극판(112)은 상기 음극 리드탭(220)과의 결합부를 중심으로 하는 표면의 일정 영역에 양각 또는 음각 패턴(112-1)이 형성될 수 있다.
상세히 설명하면, 도 9의 A-A 단면도에 도시된 바와 같이 상기 절연체(300)는 상기 셀 조립체(100)와 셀 조립체(100)와 결합되는 상기 리드탭부(200)의 일측 결합부를 감싼다.
이때, 음극 전극판(112) 중에 전류 밀도가 높아지는 상기 제2-1 전류 집중영역(A2-1)과, 상기 제2-2 전류 집중영역(A2-2) 상에 위치되는 일부 영역에 양각 또는 음각 패턴(112-1)을 형성할 경우, 절연체(300)가 돌출된 패턴돌기(112-1)를 음극 전극판(112)의 타 표면보다 압박하게 되므로, 제2-1 전류 집중영역(A2-1)과 제2-2 전류 집중영역(A2-2) 상에 위치된 음극 전극판(112)의 표면 압력이 높아져 금속 수지상이 형성되던 문제를 해결 할 수 있는 것이다.
도 10에는 본 발명의 제7 실시예에 따른 금속 이차전지(1000)에 사용되는 상기 절연체(300)의 전개도가 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 상기 절연체(300)는 상기 셀 조립체(100) 및 셀 조립체(100)와 연결되는 리드탭부(200)의 결합면을 감싸, 셀 조립체(100)를 주변계로부터 전기적으로 격리시킨다.
이때, 위에서 설명한 바와 같이 상기 절연체(300)는 상기 셀 조립체(100)의 표면을 감싸며 상기 음극 전극판(112)을 압박하게 되므로, 본 발명에서는 셀 조립체(100)를 감싸는 절연체(300)의 내측 표면에 도 10에 도시된 바와 같이 돌출부(310)를 형성하여, 절연체(300)가 셀 조립체(100)를 감쌀 시 돌출부(310)가 음극 전극판(112) 중 상기 제2-1 전류 집중영역(A2-1)과 제2-2 전류 집중영역(A-2)을 자연스럽게 압박할 수 있게 한 것이다.
아울러, 본 발명인 금속 이차전지는 도 11에 도시된 바와 같이 상기 양극 전극판(111)과 상기 음극 전극판(112)과 상기 분리막(120)을 지정된 형상으로 개별 가공하는 가공단계(S100)와, 상기 양극 전극판(111)의 길이방향 양측과 상기 음극 전극판(112)의 너비방향 양측에 상기 양극 리드탭(210)과 상기 음극 리드탭(220)이 결합되는 무지부(1)를 형성하는 무지부 형성단계(S200)와, 상기 무지부(1)에 상기 양극 리드탭(210)과 상기 음극 리드탭(220)을 결합하는 리드탭 결합단계(S300)와, 상기 양극 리드탭(210)과 상기 음극 리드탭(220)이 서로 교차 배치되게 상기 양극 전극판(111)과 상기 분리막(120)과 상기 음극 전극판(112)을 지정된 순서에 맞춰 적층하여 셀 조립체를 형성하는 적층단계(S400)를 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 가공단계(S100)에서 상기 양극 전극판(111)과 상기 음극 전극판(112) 및 상기 분리막(120)을 낯장 형태로 제작하고, 상기 무지부 형성단계(S200)에서 제작된 상기 양극 전극판(111)과 상기 음극 전극판(112)상의 서로 마주보는 2개 가장자리면에 도 12에 도시된 바와 같이 상기 양극 리드탭(210)가 상기 음극 리드탭(220)이 결합되는 무지부(1)를 형성하고, 상기 리드탭 결합단계(S300)에서 상기 무지부(1)에 초음파 웰딩 방식으로 양극 리드탭(210)과 상기 음극 리드탭(220)을 결합한 후, 상기 적층단계(S400)에서 상기 양극 리드탭(210)과 상기 음극 리드탭(220)이 서로 수직 교차되게 적층하여, 상기 셀 조립체(100)를 형성하는 것이다.
또한, 이후에는 상기 적층단계(S400)에서 형성된 셀 조립체(100)를 절연체(300)로 감싸는 절연단계(S500)와, 상기 음극 리드탭(220)과 상기 음극 전극판(112)이 서로 결합되는 결합부를 중심으로 하는 일정 영역의 표면 압력을 높이는 압력 조절단계(S600)가 이루어질 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 셀 조립체 111 : 양극 전극판
112 : 음극 전극판 112-1 : 패턴돌기
120 : 분리막
200 : 리드탭부 210 : 양극 리드탭
211 : 양극 리드탭 단위체 220 : 음극 리드탭
221 : 은극 리드탭 단위체
300 : 절연체 310 : 돌출부
S100 : 가공단계 S200 : 무지부 형성단계
S300 : 리드탭 결합단계 S400 : 적층단계
S500 : 절연단계 S600 : 압력 조절단계

Claims (13)

  1. 양극 전극판(111)과, 음극 전극판(112)과, 분리막(120)이 교대 적층되어 이루어지는 셀 조립체(100); 및
    상기 양극 전극판(111)과 전기적으로 연결되는 양극 리드탭(210)과, 상기 음극 전극판(112)과 전기적으로 연결되는 음극 리드탭(220)으로 구성되는 리드탭부(200);를 포함하며,
    상기 음극 전극판(120)이 리튬(Li) 재질로 이루어지되, 전류 밀도 상승으로 인한 금속 수지상 형성이 억제되도록, 상기 양극 리드탭(210)과 상기 음극 리드탭(210)이 서로 다른 방향으로 양극 전극판(111)과 음극 전극판(112)에 결합되는 것을 특징으로 하는, 금속 이차전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 양극 리드탭(210)은 상기 양극 전극판(111)에 개별적으로 결합되는 복수개의 양극 리드탭 단위체(211)가 모여 이루어지고, 상기 음극 리드탭(220)은 상기 음극 전극판(112)에 결합되는 복수개의 음극 리드탭 단위체(221)가 모여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 금속 이차전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 양극 전극판(111)과 상기 음극 전극판(112)은 사각 판 형상을 가지고,
    상기 양극 리드탭 단위체(211)는 상기 양극 전극판(111)의 선택되는 두 개 측면이 위치된 방향으로 결합되고, 상기 음극 리드탭 단위체(221)는 상기 양극 리드탭 단위체(211)와 다른 방향에 위치된 상기 음극 전극판(112)의 두 개 측면이 위치된 방향으로 결합되는 것을 특징으로 하는, 금속 이차전지.
  4. 제 2항에 있어서,
    복수개의 상기 양극 리드탭 단위체(211)와, 복수개의 상기 음극 리드탭 단위체(221)는 서로 대향배치 되는 것을 특징으로 하는, 금속 이차전지.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 양극 전극판(111)과 상기 음극 전극판(112)은 서로 동일선상에 위치되는 네 개의 측변을 가지며,
    각각의 상기 양극 리드탭 단위체(211)와 각각의 상기 음극 리드탭 단위체(221)는 서로 다른 방향에 위치되는 측변에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 금속 이차전지.
  6. 제 2항에 있어서,
    복수개의 상기 양극 리드탭 단위체(211)와 복수개의 상기 음극 리드탭 단위체(221)는 각각 상기 양극 전극판(111)과 상기 음극 전극판(112)에 맞모금 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는, 금속 이차전지.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 선택되는 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 셀 조립체(100) 및 상기 셀 조립체(100)와 상기 리드탭부(200)를 감싸는 절연체(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 이차전지.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 분리막(120)은 상기 양극 전극판(111)이 위치되는 두께방향 일측에서 상기 음극 전극판(112)이 위치되는 두께방향 타측으로 공극이 형성되고, 상기 공극 상에 전해질이 위치되는 것을 특징으로 하는, 금속 이차전지.
  9. 제 1항 내지 제 6항 중 선택되는 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 음극 전극판(112)과 상기 음극 리드탭(220)이 결합되는 결합부를 중심으로 하는 음극 전극판(112)의 일정 영역 표면 압력이 음극 전극판(112)의 평균 표면 압력보다 높은 것을 특징으로 하는, 금속 이차전지.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 음극 전극판(112)은 상기 음극 리드탭(220)과의 결합부를 중심으로 하는 표면의 일정 영역에 양각 또는 음각 패턴(112-1)이 형성되는 것을 특징으로 하는, 금속 이차전지.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 절연체(300)는 상기 음극 전극판(112)과 상기 음극 리드탭(220)의 결합부를 중심으로 하는 일정 영역을 압박하는 돌출부(310)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 금속 이차전지.
  12. 제 7항의 금속 이차전지를 제조하는 금속 이차전지 제조방법에 있어서,
    상기 양극 전극판(111)과 상기 음극 전극판(112)과 상기 분리막(120)을 지정된 형상으로 개별 가공하는 가공단계(S100);
    상기 양극 전극판(111)의 길이방향 양측과 상기 음극 전극판(112)의 너비방향 양측에 상기 양극 리드탭(210)과 상기 음극 리드탭(220)이 결합되는 무지부(1)를 형성하는 무지부 형성단계(S200);
    상기 무지부(1)에 상기 양극 리드탭(210)과 상기 음극 리드탭(220)을 결합하는 리드탭 결합단계(S300); 및
    상기 양극 리드탭(210)과 상기 음극 리드탭(220)이 서교 교차 배치되게 상기 양극 전극판(111)과 상기 분리막(120)과 상기 음극 전극판(112)을 지정된 순서에 맞춰 적층하여 셀 조립체를 형성하는 적층단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 이차전지 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 적층단계(S400)에서 형성된 셀 조립체를 절연체(300)로 감싸는 절연계(S500)와, 상기 음극 리드탭(220)과 상기 음극 전극판(112)이 서로 결합되는 결합부를 중심으로 하는 일정 영역의 표면 압력을 높이는 압력 조절단계(S600)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 이차전지 제조방법.
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