KR20210112573A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극 조립체의 최외각 세퍼레이터의 표면에 내열성 소재의 코팅층을 코팅하여, 배터리 셀의 이상 발열이 케이스를 통해 외부로 전달되거나 외부의 열이 배터리 셀 내부로 전달되는 것을 방지할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일예로, 본 발명은 제1전극판, 제2전극판 및 제1전극판과 제2전극판의 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하며, 제1전극판의 무지부인 제1전극탭이 일측방향으로 돌출된 전극 조립체와, 전극 조립체가 수용된 케이스와, 케이스의 상단부를 밀봉하는 캡 플레이트 및, 전극 조립체의 제1전극판과 전기적으로 접속되며 캡 플레이트의 외부로 노출된 제1단자부를 포함하며, 전극 조립체는 최외각에 세퍼레이터가 위치하며, 최외각 세퍼레이터의 표면에 내열성 소재의 코팅층이 코팅된 이차 전지를 개시한다.
일예로, 본 발명은 제1전극판, 제2전극판 및 제1전극판과 제2전극판의 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하며, 제1전극판의 무지부인 제1전극탭이 일측방향으로 돌출된 전극 조립체와, 전극 조립체가 수용된 케이스와, 케이스의 상단부를 밀봉하는 캡 플레이트 및, 전극 조립체의 제1전극판과 전기적으로 접속되며 캡 플레이트의 외부로 노출된 제1단자부를 포함하며, 전극 조립체는 최외각에 세퍼레이터가 위치하며, 최외각 세퍼레이터의 표면에 내열성 소재의 코팅층이 코팅된 이차 전지를 개시한다.
Description
본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장할 수 있는 우수한 에너지 밀도를 제공하는 전력 저장 시스템이다. 재충전이 불가능한 일차 전지에 비해 이차 전지는 재충전이 가능하여 스마트폰, 셀룰러폰, 노트북, 타블렛 PC 등 IT 기기에 많이 사용되고 있다. 최근에는 환경 오염 방지를 위해 전기 자동차에 대한 관심이 높아졌고, 이에 따라 전기 자동차에 고용량의 이차 전지가 채택되고 있다. 이러한 이차 전지는 고밀도, 고출력, 안정성 등의 특성이 요구되고 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명은 전극 조립체의 최외각 세퍼레이터의 표면에 내열성 소재의 코팅층을 코팅하여, 배터리 셀의 이상 발열이 케이스를 통해 외부로 전달되거나 외부의 열이 배터리 셀 내부로 전달되는 것을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 제1전극판, 제2전극판 및 상기 제1전극판과 상기 제2전극판의 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하며, 상기 제1전극판의 무지부인 제1전극탭이 일측방향으로 돌출된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용된 케이스와, 상기 케이스의 상단부를 밀봉하는 캡 플레이트 및, 상기 전극 조립체의 제1전극판과 전기적으로 접속되며 상기 캡 플레이트의 외부로 노출된 제1단자부를 포함하며, 상기 전극 조립체는 최외각에 상기 세퍼레이터가 위치하며, 상기 최외각 세퍼레이터의 표면에 내열성 소재의 코팅층이 코팅될 수 있다.
상기 전극 조립체는 상기 제1전극판, 상기 세퍼레이터, 상기 제2전극판의 적층체를 젤리롤 형태로 권취하여 형성되고, 상기 제2전극판의 무지부인 제2전극탭이 상기 제1전극탭의 반대측인 타측방향으로 돌출될 수 있다.
상기 전극 조립체는 상기 제1전극판, 상기 세퍼레이터, 상기 제2전극판 및 상기 세퍼레이터가 순차적으로 적층된 스택 형태로 형성되고, 상기 제2전극판의 무지부인 제2전극탭이 상기 제1전극탭의 반대측인 타측방향으로 돌출될 수 있다.
상기 코팅층은 상기 세퍼레이터의 외측 표면을 모두 덮도록 코팅되며, 상기 코팅층을 중심으로, 전극 조립체의 길이방향 양측으로 상기 제1전극탭과 상기 제2전극탭이 각각 돌출될 수 있다.
상기 코팅층은 다수의 홀이 도트 어레이 또는 매트릭스 형태로 배치되도록 형성되어, 상기 다수의 홀을 통해 상기 세퍼레이터를 외부로 노출시킬 수 있다.
상기 코팅층은 상기 전극 조립체의 장측면에 위치하는 상기 세퍼레이터를 덮도록 코팅되며, 상기 전극 조립체의 상면과 하면을 통해 상기 세퍼레이터를 외부로 노출시킬 수 있다.
상기 코팅층은 다수의 홀이 도트 어레이 또는 매트릭스 형태로 배치되도록 형성되어, 상기 다수의 홀을 통해 상기 세퍼레이터를 외부로 노출시킬 수 있다.
상기 코팅층은 상기 최외각 세퍼레이터의 내면에 코팅될 수 있다.
상기 제1전극탭은 상기 제1단자부에서 상기 케이스 내부에 수용된 제1집전판과 접속되며, 상기 제2전극탭은 상기 캡플레이트의 외부로 노출된 제2단자부에서 상기 케이스 내부에 수용된 제2집전판과 접속될 수 있다.
상기 코팅층은 상기 최외각 세퍼레이터를 상기 전극 조립체의 최외측 표면에 고정시키기는 상기 고정테이프와, 상기 제1집전판 및 상기 제2집전판도 덮도록 코팅될 수 있다.
상기 세퍼레이터는 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리우레탄(PU), 폴리메틸펜텐(PMP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르(Polyester), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 실리콘 아크릴계 고무, 에틸렌-메틸아크릴레이트 공중합체, 폴리메틸렌옥사이드(PMO), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리아마이드(PA), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리설폰(PSF), 폴리에틸설폰(PES), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI), 폴리아라미드(PA), 셀룰로오스(cellulose), 셀룰로오스 변성체, 멜라민계 수지 및 페놀계 수지로 이루어진 군에서 적어도 1종 이상을 포함하는 다공성 필름일 수 있다.
상기 코팅층은 내열성이 강한 액체형 고분자 물질인 폴리이미드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리아미드이미드(PAI), 퍼플루오로알콕시 (PFA), 폴리설폰(PSF), 폴리아릴설폰(PAS), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불소화 에틸렌프로필렌(FEP), 에틸렌테트라플루오로에틸렌 (ETFE) 및 폴리에틸렌나프탈렌(PEN)으로 이루어진 군으로부터 선택된 단일물 또는 2종 이상을 혼합한 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체의 최외각 세퍼레이터의 표면에 내열성 소재의 코팅층을 코팅하여, 배터리 셀의 이상 발열이 케이스를 통해 외부로 전달되거나 외부의 열이 배터리 셀 내부로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이차 전지의 2-2선을 절단한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1에 도시된 이차 전지 중에서 전극 조립체의 일부를 분해한 분해사시도, 사시도 및 단면도의 일예이다.
도 4는 도 3b에 도시된 전극 조립체에서 코팅층의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 3b에 도시된 전극 조립체에서 코팅층의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 3b에 도시된 전극 조립체에서 코팅층의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 1에 도시된 이차 전지의 구성이 케이스 내에 수납되기 이전을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지가 케이스 내에 수납되기 이전을 도시한 사시도이다.
도 9는 도 1에 도시된 이차 전지 중에서 전극 조립체의 사시도의 다른 예이다.
도 2는 도 1에 도시된 이차 전지의 2-2선을 절단한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1에 도시된 이차 전지 중에서 전극 조립체의 일부를 분해한 분해사시도, 사시도 및 단면도의 일예이다.
도 4는 도 3b에 도시된 전극 조립체에서 코팅층의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 3b에 도시된 전극 조립체에서 코팅층의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 3b에 도시된 전극 조립체에서 코팅층의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 1에 도시된 이차 전지의 구성이 케이스 내에 수납되기 이전을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지가 케이스 내에 수납되기 이전을 도시한 사시도이다.
도 9는 도 1에 도시된 이차 전지 중에서 전극 조립체의 사시도의 다른 예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용된다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 이차 전지의 2-2선을 절단한 단면도가 도시되어 있다. 또한 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 도 1에 도시된 이차 전지 중에서 전극 조립체의 일부 분해사시도와, 사시도 및 도 3b에서 3c-3c선을 절단한 단면도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 1, 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하여, 본 발명의 이차 전지(100)를 설명하고자 한다.
도 1, 도 2, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 이차전지(100)는 전극 조립체(110), 제1단자부(120), 제2단자부(130), 케이스(140) 및 캡 조립체(150)를 포함한다. 여기서 캡 조립체(150)는 케이스(140)의 상단 개구부(141)를 밀봉하는 캡 플레이트(151)를 포함할 수 있다.
우선, 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체를 젤리롤 형태로 권취하여 형성할 수 있다. 또한 젤리롤 형태의 전극 조립체(110)의 최외각 표면에는 코팅층(116)이 더 형성될 수 있다.
여기서, 제1전극판(111)은 음극으로 제2전극판(112)은 양극으로 동작할 수 있으며, 반대로 제1전극판(111)은 양극으로 제2전극판(112)은 음극으로 동작할 수도 있다. 다만, 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 제1전극판(111)이 음극으로 동작하고, 제2전극판(112)이 양극으로 동작하는 것을 예로 하여 설명한다.
제1전극판(111)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체(111a)에 흑연 또는 탄소 등의 제1전극 활물질(111b)이 도포되어 형성되며, 제1전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1전극탭(114)(또는 제1무지부)을 포함할 수 있다. 제1전극탭(114)은 제1전극판(111)과 제1집전탭(121)간의 전류 흐름의 통로가 된다. 여기서, 제1전극탭(114)은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)의 일측으로 일정 길이 돌출 및 연장될 수 있다.
제2전극판(112)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전체(112a)에 전이금속산화물 등의 제2전극 활물질(112b)이 도포되어 형성되며, 제2전극 활물질(112b)이 도포되지 않은 영역인 제2전극탭(115)(또는 제2무지부)을 포함할 수 있다. 제2전극탭(115)은 제2전극판(112)과 제2집전탭(131)간의 전류 흐름의 통로가 된다. 여기서, 제2전극탭(115)은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)의 타측으로 일정 길이 돌출 및 연장될 수 있다. 즉 상기 전극 조립체(110)는 길이방향(y)의 양측으로 제1전극탭(114)과 제2전극탭(115)이 각각 돌출 및 연장될 수 있다.
상기 세퍼레이터(113)는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 사이에 개재되어 전기적 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 할 수 있다. 상기 세퍼레이터(113)는 제1전극판(111) 및 제2전극판(112)에 비해서, 권취방향(x)으로 더 연장되어 전극 조립체(110)의 최외각에 세퍼레이터(113)가 위치할 수 있다. 일예로, 세퍼레이터(113)는 제1전극판(111) 및 제2전극판(112)에 비해서 추가적으로 최소 1회 이상 전극 조립체(110)의 최외각 표면에 더 권취될 수 있다. 물론, 세퍼레이터(113)는 제1전극탭(114) 및 제2전극탭(115)을 외부로 노출시킬 수 있다. 상기 세퍼레이터(113)는 전극 조립체(110)의 길이 방향(y)의 중심 영역(A)에 형성될 수 있다. 즉, 전극 조립체(110)는 길이방향(y)을 따라 제1전극탭(114), 세퍼레이터(113) 및 제2전극탭(115)이 순차적으로 위치할 수 있다.
이와 같은 세퍼레이터(113)는 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리우레탄(PU), 폴리메틸펜텐(PMP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르(Polyester), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 실리콘 아크릴계 고무, 에틸렌-메틸아크릴레이트 공중합체, 폴리메틸렌옥사이드(PMO), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리아마이드(PA), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리설폰(PSF), 폴리에틸설폰(PES), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI), 폴리아라미드(PA), 셀룰로오스(cellulose), 셀룰로오스 변성체, 멜라민계 수지 및 페놀계 수지로 이루어진 군에서 적어도 1종 이상을 포함하는 다공성 필름으로 이루어질 수 있다.
또한 전극 조립체(110)는 권취가 완료된 후, 최외각 세퍼레이터(113)의 표면에 내열성 소재로 이루어진 코팅층(116)이 더 형성될 수 있다. 즉, 코팅층(116)은 세퍼레이터(113)의 외측 표면을 덮도록 코팅될 수 있다. 물론 이때, 제1전극탭(114) 및 제2전극탭(115)은 코팅층(116)의 외부로 노출될 수 있다. 즉, 전극 조립체(110)는 코팅층(116)을 중심으로, 전극 조립체(110)의 길이방향 양측으로 제1전극탭(114)과 제2전극탭(115)이 각각 돌출될 수 있다.
여기서 코팅층(116)은 내열성이 강한 액체형 고분자 물질인 폴리이미드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리아미드이미드(PAI), 퍼플루오로알콕시 (PFA), 폴리설폰(PSF), 폴리아릴설폰(PAS), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불소화 에틸렌프로필렌(FEP), 에틸렌테트라플루오로에틸렌 (ETFE) 및 폴리에틸렌나프탈렌(PEN)으로 이루어진 군으로부터 선택된 단일물 또는 2종 이상을 혼합한 혼합물로 이루어질 수 있다. 이와 같은 코팅층(116)은 스프레이 코팅에 의해 형성될 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
이와 같은 코팅층(116)은 내열성이 소재로 이루어지므로, 배터리 셀(110)의 이상 발열이 케이스(140)를 통해 외부로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 물론 코팅층(116)은 외부의 열이 케이스(140)를 통해 배터리 셀(110)의 내부로 전달되는 것도 방지할 수 있다. 또한 코팅층(116)은 절연물질로 이루어지므로, 전극 조립체(110)와 케이스(140) 사이의 절연성도 향상시킬 수 있다. 물론, 코팅층(116)은 절연물질로 이루어지므로, 전극 조립체(110)의 최외각에 별도의 절연테이프 구성은 구비되지 않을 수 있다.
다른 예로, 코팅층(116)은 도 4에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)의 상면(110x) 및 하면(110y)의 세퍼레이터(113)를 외부로 노출시킬 수 있다. 즉, 코팅층(116)은 전극 조립체(110)의 장측면만 덮도록 형성될 수 있다. 물론 코팅층(116)은 전극 조립체(110)의 장측면에서 세퍼레이터(113)를 덮도록 형성될 수 있다. 상기 코팅층(116)은 전극 조립체(110)의 장측면에서 중심영역(A)만 덮도록 형성될 수 있다. 여기서 코팅층(116)은 전극 조립체(110)의 장측면의 중심영역(A)만 덮도록 형성될 경우, 전극 조립체(110)의 내부로 전해액의 흡수가 보다 용이할 수 있다.
추가적으로 코팅층(116)은 도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 홀(116a)이 구비되어, 전극 조립체(110)의 장측면의 세퍼레이터(113)를 외부로 일부 노출시킬 수 있다. 여기서 홀(116a)은 도트 어레이 형태 또는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 또한 홀(116a)은 원형으로 도시하였으나, 그 형상은 다각형 등으로 다양하게 변경 가능할 수 있다. 추가적으로 코팅층(116)은 전극 조립체(110)의 상면(110x) 및 하면(110y)의 세퍼레이터(113)도 외부로 노출시킬 수 있다.
추가적으로 도 6과 같이 코팅층(116)이 전극 조립체(110)의 중심 영역(A)을 모두 덮은 형태에서, 코팅층(116)에 다수의 홀(116a)이 구비될 수도 있다. 이때, 홀(116a)은 전극 조립체(110)의 장측면, 상면 및 하면의 세퍼레이터(113)를 외부로 일부 노출시킬 수 있다. 여기서 홀(116a)은 복수개일 경우, 도트 어레이 형태 또는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 물론 홀(116a)은 원형으로 도시하였으나, 그 형상은 다각형 등으로 다양하게 변경 가능할 수 있다.
이와 같이 추가적으로 코팅층(116)에 홀(116a)을 더 형성함으로써, 전극 조립체(110)의 내부로 전해액의 흡수가 보다 용이할 수 있다.
이러한 전극 조립체(110)는 도 7에 도시된 바와 같이, 고정 테이프(117)에 의해 최외각 세퍼레이터(113)가 고정된 후, 제1전극탭(114) 및 제2전극탭(115)이 캡 조립체(150)에 고정된 제1집전판(121)의 제1전극 접속부(121a) 및 제2집전판(131)의 제2전극 접속부(131a)와 각각 용접에 의해 전기적으로 접속될 수 있다.
이와 같은 전극 조립체(110)는 전해액과 함께 케이스(140)에 수납된다. 상기 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, DMC와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
제1단자부(120)는 금속으로 형성되며, 제1전극판(111)의 제1전극탭(114)과 전기적으로 연결된다. 제1단자부(120)는 제1집전판(121), 단자 기둥(122) 및 단자 플레이트(123)를 포함한다. 여기서, 단자 기둥(122)은 제1집전판(121)과 단자 플레이트(123)의 사이에 전기적/기계으로 연결된다.
제1집전판(121)은 제1전극판(112)의 제1전극탭(114)과 접촉 및 용접되는 제1전극 접속부(121a)와, 제1전극 접속부(121)의 상단부에서 절곡되어 연장되고, 단자 기둥(122)과 전기적 및 기계적으로 접속된 제1단자 접속부(121b)를 포함한다. 상기 제1단자 접속부(121b)는 상면과 하면 사이를 관통하는 단자홀(121c)이 구비되며, 단자 기둥(122)이 끼워져 리베팅 또는 용접된다. 이러한 제1집전판(121)은 예를 들면 구리 또는 구리 합금으로 제조된다. 그러나 이러한 재질로 제1집전판(121)이 한정되지 않는다.
단자 기둥(122)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 캡 플레이트(151)의 하부에서 제1집전판(121)과 전기적으로 연결된다. 또한, 단자 기둥(122)은 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부에서 제1집전판(121)의 단자홀(121a)에 끼워진 후 리벳팅 또는 용접된다. 여기서, 단자 기둥(122)은 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다.
단자 플레이트(123)는 상면과 하면 사이를 관통하는 홀(123a)을 가지며, 이러한 홀(123a)에 단자 기둥(122)이 결합되고 용접된다. 단자 플레이트(123)는 캡 플레이트(151)의 상부에서 단자 기둥(122)과 결합될 수 있다. 일예로, 상부로 노출된 단자 기둥(122)과 단자 플레이트(123)의 경계 영역에 레이저 빔이 제공되어, 상기 경계 영역이 상호간 용융된 후 냉각되어 용접될 수 있다.
제2단자부(130)는 역시 금속으로 형성되며, 제2전극판(111)의 제2전극탭(115)과 전기적으로 연결된다. 제2단자부(130)는 제2집전판(131) 및 단자 영역(132)을 포함할 수 있다. 제2집전판(131)은 제2전극판(112)의 제2전극탭(115)과 접촉 및 용접되는 제2전극 접속부(131a)와, 제2전극 접속부(131)의 상단부에서 절곡되어 연장되고, 캡 플레이트(151)의 돌출부(151a)와 전기적 및 기계적으로 접속된 제2단자 접속부(131b)를 포함한다. 상기 제2단자 접속부(131b)는 상면과 하면 사이를 관통하는 단자홀(131c)이 구비되며, 돌출부(151a)가 끼워져 용접될 수 있다. 이러한 제2집전판(131)은 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다. 그러나 이러한 재질로 제2집전판(131)이 한정되지 않는다.
단자 영역(133)은 캡 플레이트(151)로부터 상부 방향으로 돌출 될 수 있다. 단자 영역(133)은 캡 플레이트(151)의 형성 시 단조 공정에 의해 형성되거나, 별도의 금속 플레이트가 용접되어 형성될 수 있다. 상기 단자 영역(133)은 별도의 금속 플레이트로 이루어질 경우, 캡 플레이트(151) 상면에 전기적 및 기계적 결합될 수 있다.
더불어, 단자 영역(133)은 캡 플레이트(151)와 동일한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다. 여기서, 단자 영역(132)은 캡 플레이트(151)와 전기적으로 접속되므로 이하에서 설명될 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 제2단자부(130)와 같은 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다. 물론, 이에 따라 제2단자부(130)는 양극 단자의 역할을 할 수 있다.
케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110)가 삽입 및 안착될 수 있는 개구부(141)가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는, 케이스(140)와 캡 조립체(150)가 결합된 상태로 도시되고 있으며, 케이스(140)의 개구부(141)는 캡 조립체(150)와 결합된 둘레 부분일 수 있다. 한편, 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제1단자(120), 제2단자(130) 및 캡 조립체(150)와 절연될 수 있다.
캡 조립체(150)는 케이스(140)에 결합된다. 캡 조립체(150)는 구체적으로 캡 플레이트(151), 상부 절연부재(152), 마개(153), 안전벤트(154) 및 하부 절연부재(155)를 포함한다.
캡 플레이트(151)는 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 캡 플레이트(151)는 레이저 용접 방식으로 케이스(140)에 결합될 수 있다. 여기서, 캡 플레이트(151)는 제2단자부(130)와 동일한 극성을 가질 수 있다. 또한 캡 플레이트(151)와 용접된 케이스(140)도 동일한 극성을 가질 수 있다.
상부 절연부재(152)는 단자 플레이트(123)와 캡 플레이트(151)사이에 형성된다. 또한, 상부 절연부재(152)는 캡 플레이트(151) 및 단자 플레이트(123)와 밀착된다. 상기 상부 절연 부재(152)는 캡 플레이트(151)와 단자 플레이트(123) 사이를 상호간 절연시킨다.
마개(153)는 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구를 밀봉하며, 안전벤트(154)는 캡 플레이트(151)의 벤트홀에 설치되며, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치가 형성된다.
하부 절연부재(155)는 제1집전판(121)과 캡 플레이트(151) 사이, 캡 플레이트(151)와 단자 기둥(122)사이에 개재될 수 있다. 이러한 하부 절연부재(155)는 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 할 수 있다. 더욱이, 하부 절연부재(155)는 상부 절연부재(152)에도 밀착될 수 있다.
또한 하부 절연부재(155)는 제1집전판(121)과 캡 플레이트(151)사이와, 단자 기둥(122)과 캡 플레이트(151)사이를 상호간 절연시킨다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지가 케이스 내에 수납되기 이전을 도시한 사시도가 도시되어 있다. 이와 같은 이차전지(200)의 사시도 및 단면도는 도 1 및 도 2에 도시된 이차전지(100)의 사시도와 동일할 수 있다. 다만, 이차전지(200)는 고정 테이프(117)에 의해 최외각 세퍼레이터(113)가 고정된 후, 제1전극탭(114) 및 제2전극탭(115)이 캡 조립체(150)에 고정된 제1집전판(121)의 제1전극 접속부(121a) 및 제2집전판(131)의 제2전극 접속부(131a)와 각각 용접된 후 코팅층(216)이 형성될 수 있다. 즉, 코팅층(216)은 전극 조립체(110)뿐만 아니라, 제1집전판(121)과 제2집전판(131)도 덮도록 코팅될 수 있다. 이때, 전극 조립체(110)는 제1전극탭(114) 및 제2전극탭(115)이 위치한 단측면이 외부로 노출될 수 있다. 물론, 코팅층(216)은 고정 테이프(117)도 덮도록 형성될 수 있다.
상기 코팅층(216)은 전극 조립체(110)의 장측면에서 세퍼레이터(113)가 위치하는 중심영역(A)뿐만 아니라, 제1전극탭(114) 및 제2전극탭(115)과 결합된 제1집전판(121)과 제2집전판(131)까지 덮도록 형성될 수 있다. 즉, 코팅층(216)은 전극 조립체(110)의 양측 장측면을 모두 덮도록 형성될 수 있다. 또한 코팅층(216)은 전극 조립체(110)의 상면과 하면도 모두 덮도록 형성될 수 있다.
상기 코팅층(216)은 전극 조립체(110)에 전해액 흡수를 높이기 위해서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 홀이 형성되어 전극 조립체(110)의 세퍼레이터(113)의 일부를 외부로 노출시킬 수 있다.
도 9를 참조하면, 도 1에 도시된 이차 전지 중에서 전극 조립체의 사시도의 다른예가 도시되어 있다.
상기 전극 조립체(310)는 제1전극판(311), 제2전극판(312), 제1,2전극판 (311,112)사이의 세퍼레이터(313)가 순차적으로 적층된 스택된 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 전극 조립체(310)는 젤리롤 형태로 권취된 형태가 아니라, 사각의 제1전극판(311), 사각의 세퍼레이터(313) 및 사각의 제2전극판(312)이 순차적으로 스택된 직육면체 형태일 수 있다.
여기서, 제1전극판(311)은 음극으로 제2전극판(312)은 양극으로 동작할 수 있으며, 반대로 제1전극판(311)은 양극으로 제2전극판(312)은 음극으로 동작할 수도 있다. 다만, 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 제1전극판(311)이 음극으로 동작하고, 제2전극판(312)이 양극으로 동작하는 것을 예로 하여 설명한다.
제1전극판(311)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체(311a)에 흑연 또는 탄소 등의 제1전극 활물질(311b)이 도포되어 형성되며, 제1전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1전극탭(314)(또는 제1무지부)을 포함할 수 있다. 제1전극탭(314)은 제1전극판(311)과 제1집전탭(121)간의 전류 흐름의 통로가 된다. 여기서, 제1전극탭(314)은 전극 조립체(310)의 일측으로 일정 길이 돌출 및 연장될 수 있다.
제2전극판(312)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전체(312a)에 전이금속산화물 등의 제2전극 활물질(312b)이 도포되어 형성되며, 제2전극 활물질(312b)이 도포되지 않은 영역인 제2전극탭(315)(또는 제2무지부)을 포함할 수 있다. 제2전극탭(315)은 제2전극판(312)과 제2집전탭(331)간의 전류 흐름의 통로가 된다. 여기서, 제2전극탭(315)은 전극 조립체(310)의 타측으로 일정 길이 돌출 및 연장될 수 있다. 즉 상기 전극 조립체(310)는 길이방향(y)의 양측으로 제1전극탭(314)과 제2전극탭(315)이 각각 돌출 및 연장될 수 있다.
상기 세퍼레이터(313)는 제1전극판(311)과 제2전극판(312) 사이에 개재되어 전기적 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 할 수 있다. 상기 전극 조립체(310)는 최외각에 세퍼레이터(313)가 위치할 수 있다. 즉, 전극 조립체(310)의 장측면(310z)엔 세퍼레이터(313)가 위치할 수 있다.
이와 같은 세퍼레이터(313)는 전극 조립체(310)의 길이 방향(y)의 중심 영역(A)에 형성될 수 있다. 즉, 전극 조립체(310)는 장측면에서 볼 때 길이방향(y)을 따라 제1전극탭(314), 세퍼레이터(313) 및 제2전극탭(315)이 순차적으로 위치할 수 있다. 상기 세퍼레이터(313)의 재질은 도 3a 내지 도 3c에 도시된 전극 조립체(110)와 동일할 수 있다.
물론 전극 조립체(313)는 최외각의 세퍼레이터(313)에도 코팅층(116)이 더 형성될 수 있다. 여기서 코팅층(116)의 형상은 도 3b, 도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 코팅층(116) 중 어느 하나일 수 있다.
추가적으로 코팅층(116)은 도 10에 도시된 바와 같이, 최외각 세퍼레이터(313)의 내면에 코팅될 수 있다. 물론, 코팅층(116)은 전극 조립체(310)가 결합되기 이전에 최외각 세퍼레이터(313)의 내면에 코팅된 후, 전극 조립체(310)가 결합될 수 있다. 여기서 최외각 세퍼레이터(313)는 전극 조립체(310)에서 최외각에 위치하는 세퍼레이터일 수 있다. 또한 최외각 세퍼레이터(313)의 내면은 최외각 세퍼레이터(313)에서 외부로 노출되는 외면이 아닌, 제1전극판(311) 또는 제2전극판(312)과 대향하는 면일 수 있다.
물론, 최외각 세퍼레이터(313)의 내면에 코팅된 코팅층(116)에도 도 5에 도시된 코팅층(116)과 같은 홀이 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 이차전지
110: 전극조립체
116: 코팅층 116a: 홀
120: 제1단자부 130: 제2단자부
140: 케이스 150: 캡 조립체
116: 코팅층 116a: 홀
120: 제1단자부 130: 제2단자부
140: 케이스 150: 캡 조립체
Claims (12)
- 제1전극판, 제2전극판 및 상기 제1전극판과 상기 제2전극판의 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하며, 상기 제1전극판의 무지부인 제1전극탭이 일측방향으로 돌출된 전극 조립체;
상기 전극 조립체가 수용된 케이스;
상기 케이스의 상단부를 밀봉하는 캡 플레이트; 및
상기 전극 조립체의 제1전극판과 전기적으로 접속되며 상기 캡 플레이트의 외부로 노출된 제1단자부를 포함하며,
상기 전극 조립체는 최외각에 상기 세퍼레이터가 위치하며, 상기 최외각 세퍼레이터의 표면에 내열성 소재의 코팅층이 코팅된 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 전극 조립체는 상기 제1전극판, 상기 세퍼레이터, 상기 제2전극판의 적층체를 젤리롤 형태로 권취하여 형성되고, 상기 제2전극판의 무지부인 제2전극탭이 상기 제1전극탭의 반대측인 타측방향으로 돌출된 이차전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 전극 조립체는 상기 제1전극판, 상기 세퍼레이터, 상기 제2전극판 및 상기 세퍼레이터가 순차적으로 적층된 스택 형태로 형성되고, 상기 제2전극판의 무지부인 제2전극탭이 상기 제1전극탭의 반대측인 타측방향으로 돌출된 이차 전지. - 제 2 또는 3 항에 있어서,
상기 코팅층은 상기 세퍼레이터의 외측 표면을 모두 덮도록 코팅되며, 상기 코팅층을 중심으로, 전극 조립체의 길이방향 양측으로 상기 제1전극탭과 상기 제2전극탭이 각각 돌출된 이차 전지. - 제 4 항에 있어서,
상기 코팅층은 다수의 홀이 도트 어레이 또는 매트릭스 형태로 배치되도록 형성되어, 상기 다수의 홀을 통해 상기 세퍼레이터를 외부로 노출시키는 이차 전지. - 제 2 항에 있어서,
상기 코팅층은 상기 전극 조립체의 장측면에 위치하는 상기 세퍼레이터를 덮도록 코팅되며, 상기 전극 조립체의 상면과 하면을 통해 상기 세퍼레이터를 외부로 노출시키는 이차 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 코팅층은 다수의 홀이 도트 어레이 또는 매트릭스 형태로 배치되도록 형성되어, 상기 다수의 홀을 통해 상기 세퍼레이터를 외부로 노출시키는 이차 전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 코팅층은 상기 최외각 세퍼레이터의 내면에 코팅된 이차 전지. - 제 2 항에 있어서,
상기 제1전극탭은 상기 제1단자부에서 상기 케이스 내부에 수용된 제1집전판과 접속되며, 상기 제2전극탭은 상기 캡 플레이트의 외부로 노출된 제2단자부에서 상기 케이스 내부에 수용된 제2집전판과 접속된 이차 전지. - 제 9 항에 있어서,
상기 코팅층은 상기 최외각 세퍼레이터를 상기 전극 조립체의 최외측 표면에 고정시키기는 상기 고정테이프와, 상기 제1집전판 및 상기 제2집전판도 덮도록 코팅된 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 세퍼레이터는 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리우레탄(PU), 폴리메틸펜텐(PMP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르(Polyester), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 실리콘 아크릴계 고무, 에틸렌-메틸아크릴레이트 공중합체, 폴리메틸렌옥사이드(PMO), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리아마이드(PA), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리설폰(PSF), 폴리에틸설폰(PES), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI), 폴리아라미드(PA), 셀룰로오스(cellulose), 셀룰로오스 변성체, 멜라민계 수지 및 페놀계 수지로 이루어진 군에서 적어도 1종 이상을 포함하는 다공성 필름인 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 코팅층은 내열성이 강한 액체형 고분자 물질인 폴리이미드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리아미드이미드(PAI), 퍼플루오로알콕시 (PFA), 폴리설폰(PSF), 폴리아릴설폰(PAS), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불소화 에틸렌프로필렌(FEP), 에틸렌테트라플루오로에틸렌 (ETFE) 및 폴리에틸렌나프탈렌(PEN)으로 이루어진 군으로부터 선택된 단일물 또는 2종 이상을 혼합한 혼합물인 이차 전지.
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