KR100599796B1 - 파우치형 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극 구조를 개선한 파우치형 이차 전지에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 이차 전지는 세퍼레이터를 사이에 두고 횡권축을 중심으로 양극판과 음극판으로 이루어진 극판을 권취해서 형성되는 전극군; 상기 횡권축과 동일한 방향으로 상기 전극군에 서로 마주하게 연결되는 양, 음극용 전극 단자; 상기 횡권축이 수평한 상태로 상기 전극군이 수납되는 공간이 형성되어 있으며, 일부가 개방된 케이스; 및, 상기 양, 음극용 전극 단자들이 상기 케이스 밖으로 돌출되게 상기 케이스의 개방된 부분을 밀봉하는 커버;를 포함해서 이루어진다.

이차 전지, 집전판, 무지부, 용접, 전극 조립체, 파우치

Description

파우치형 이차 전지{SECONDARY BATTERY SHAPED POUCH}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 분해 사시도이다.

도 2는 본 실시예에 따른 전극군을 권취하기 전의 모습을 보여주는 도면이다.

도 3은 본 실시예에 따라 각형으로 전극군을 형성한 모습을 보여주는 도면이다.

도 4는 집전판 구조에 따른 전극 조립체의 모습을 도시한 사시도이다.

도 5는 본 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 모습을 도시한 사시도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세히는 전지의 구조를 간단하게 개선한 파우치형 이차 전지에 관한 것이다.

이차 전지는 충전과 방전이 가능한 전지들을 말하는 것으로, 최근에는 전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 산업이 급속하게 발전함에 따라 고성능, 고출력의 이차 전지에 대한 수요가 점차 증대되고 있으며, 특히 전자기기의 소형화, 박형화 및 경량화의 추세가 확산되면서 이에 발 맞추어 이차 전지 역시 소형화, 박형화 및 고성능의 요구가 날로 증대하고 있다.

이차 전지는 그 형상에 따라 각형 전지, 원통형 전지 및 파우치형 전지로 구분할 수 있는데, 각형 및 원통형과 같은 이차 전지들은 주로 하이브리드 전기 자동차와 같이 고출력을 요구하는 산업 분야에서 많이 사용되고 있다. 그리고, 파우치형 전지는 핸드폰과 같이 박형인 구조이면서도 고출력을 요구하는 산업 분야에서 널리 요청되고 있다.

본 발명과 관련이 있는 파우치형 전지에 대해서 살펴보면, 양극판 및 음극판을 적층한 형태로 구성한 전극 조립체를 파우치 모양을 갖는 외장재로 쌓아서 상기 전극 조립체를 포장한다. 이때, 외장재의 일 방향으로는 상기 전극 조립체의 양, 음극에 각각 연결된 탭들을 연결하는 전극 단자들이 각각 돌출 형성되어 있다.

이처럼 구성되는 종래의 파우치 전지는 탭 구조로 이루어져 있기 때문에, 외장재와 전극 조립체 사이에 탭이 위치하는 여유 공간을 확보하고 있으므로, 전극 조립체와 외장재 사이의 빈 공간이 많아 단위 체적당 에너지 밀도가 낮은 문제가 있다.

또한, 상술한 문제점을 해결하기 위해서 적층 구조로 된 전극 조립체의 부피를 키우게 되면, 전지의 전체적인 무게가 상승하므로 이 역시 바람직하지 못하다.

이에, 본 발명에서는 상술한 문제점을 해결해서 단위 체적당 에너지 밀도를 높여 고출력으로 동작하는 파우치 전치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 부품의 단가를 줄임과 아울러 박형에 유리하도 록 무게를 줄인 파우치 전지를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 파우치형 이차 전지는,

세퍼레이터를 사이에 두고 횡권축을 중심으로 양극판과 음극판으로 이루어진 극판을 권취해서 형성되는 전극군;

상기 횡권축과 동일한 방향으로 상기 전극군에 서로 마주하게 연결되는 양, 음극용 전극 단자;

상기 횡권축이 수평한 상태로 상기 전극군이 수납되는 공간이 형성되어 있으며, 일부가 개방된 케이스; 및,

상기 양, 음극용 전극 단자들이 상기 케이스 밖으로 돌출되게 상기 케이스의 개방된 부분을 밀봉하는 커버;를 포함해서 이루어진다.

이때, 상기 전극군은 횡권축과 교차하는 방향으로 양 단부에 활물질이 도포되지 않은 무지부를 구비하고 있으며, 상기 무지부 사이에 삽입된 상태로 상기 전극 단자가 전극군에 고정되는 구조로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 전극군은 상술한 무지부를 구비면서, 상기 무지부와 연결되는 판 모양의 집전판을 통해서 상기 양, 음극용 전극 단자가 전극군에 고정되는 구조로도 이루어질 수 있다.

이때,상기 무지부를 이루는 극판들은 서로 포개어져 밀착된 상태로 무지부 전체가 접합되어 있는 구조를 취한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다. 이를 참조해서 본 발명의 이차 전지를 설명하면 다음과 같다.

본 실시예의 이차전지는 육면체의 파우치 모양을 가지며 일부가 개방된 케이스(11)에, 절연 물질인 세퍼레이터(21)를 사이에 두고 양극판(23) 및 음극판(22)을 권취해서 형성한 전극 조립체(20)를 횡권축이 수평하게 삽입하고, 케이스(11)의 개방된 부분을 커버(15)로 밀봉한 구조로 이루어진다.

먼저, 케이스(11)는 상기 전극 조립체(20)가 삽입 안착될 수 있는 수납부(11a)가 형성된 육면체의 파우치 형상으로 이루어진다. 이때, 상기 수납부(11a)는 상기 전극 조립체(20)를 내포할 정도의 공간을 형성하는 크기 및 면적에 대응하는 오목한 형태로 이루어진다. 그리고, 상기 수납부(11a)의 가장 자리를 따라서는 커버(15)와 접합면을 형성하는 플랜지(111)가 더 구비되어 있다.

한편, 상기 케이스(11)에 결합되는 커버(15)는 판 모양으로 형성되고, 상기 수납부(11a)를 상부에서 덮어 가장자리가 플랜지(111)에 접촉해 접합면을 형성하도록 구비되어 있다. 이때, 접합면 사이로는 상기 전극 조립체의 양, 음극용 전극 단자들이 서로 반대되는 방향으로 각각 인출된 구조를 이룬다.

다음으로, 전극 조립체(20)는 양극판(23)과 음극판(22) 사이에 세퍼레이터(21)를 개재하고, 횡권축(O)을 중심으로 말아서 형성한 전극군(25)과, 상기 횡권축(O)과 교차하는 방향으로 상기 전극군(25)의 양 단부에 형성되는 무지부(22b, 23b)와 선택적으로 연결된 양, 음극용 전극 단자(501, 701)를 포함해서 이루어진다. 이때, 상기 전극 조립체(20)는 횡권축(O)이 수평한 상태로 상기 케이스(11)의 수납부(11a)에 안착된다. 이 전극 조립체(20)에 대해서는 도면을 달리해서 아래에서 자세히 설명한다.

도 2는 본 실시예에 따른 전극군을 권취하기 전의 모습을 도시한 것이고, 도 3은 전극 조립체의 모습을 도시한 사시도이다.

이들을 참조하면, 본 실시예의 전극군(25)은 양극판(23)과 음극판(22) 사이에 세퍼레이터(21)를 개재하고, 이들을 횡권축(O)을 중심으로 말아서 형성된다. 이때, 전극군(25)의 양 단부로는 활물질이 도포되지 않은 무지부(23b, 22b)가 횡권축(O)에 대해서 교차하는 방향으로 각각 형성된다.

보다 상세히, 양극 및 음극용 활물질(23a, 22a)을 각각의 집전체(231, 221)에 코팅해서 양극판(23)과 음극판(22)을 구성하고, 이들을 젤리롤(jelly roll) 타입으로 횡권축(O)을 따라 감은 상태에서, 이를 프레스와 같은 장치로 프레싱해서 각형으로 형성한다(도 3참조). 즉, 양극판(23)과 음극판(22)으로 이루어진 극판 사이에 이들을 절연하는 세퍼레이터(21)가 개재된 상태에서 이들을 감아 원형으로 형성한 전극군(25)을 프레스로 납작하게 프레싱하는 것으로 각형의 전극군(25)을 형성한다.

이때, 무지부(23b, 22b)는 상기 전극군(25)의 양 단부에 각각 양, 음극용이 각각 형성되어 있다. 따라서, 본 실시예의 무지부(23b, 22b)는 횡권축(O)과 교차하 는 방향으로 형성된 구조를 이룬다.

이 상태에서, 양, 음극용 전극 단자들(50. 70)을 무지부(23b, 22b)의 중심에 맞추어 무지부(23b, 22b) 안쪽으로 삽입시킨 상태에서 용접점을 따라 저항 용접 또는 초음파 용접을 실시해서 고정시킨다. 이때, 상기 무지부(23b, 22b)는 이 무지부(23b, 22b)를 이루는 극판들이 서로 포개어져 밀착된 상태로 무지부 전체가 서로 접합되어 있는 구조가 바람직하나, 선택적으로 무지부(23b, 22b)와 전극 단자들(501, 701)이 만나는 부분에 대해서만 부분적으로 접합된 구조로도 이루어질 수 있다.

이처럼 전극군(25)의 무지부(23b, 22b)에 전극 단자들(501, 701)을 연결하는 것으로 본 실시예에 따른 전극 조립체(20)가 완성된다.

한편, 도 4는 판 모양의 집전판(50, 70)을 구비하는 전극 조립체의 모습을 도시한 것이다.

이 실시예의 전극 조립체(20)는 도 3과 비교해서 전극군(25)의 형상은 동일하나, 전류의 집전 효율을 좋게 하는 판 상의 집전판(50, 70)이 추가된 구조로 이루어진다. 이 실시예의 전극 조립체에 의하면, 무지부(23b, 22b)의 폭을 도 3의 실시예에 비해서 상대적으로 작게 구성할 수 있으므로, 동일한 케이스(11)의 크기에서 상대적으로 전극 조립체(20)의 크기를 크게 키울 수 있는 이점이 있다. 이에 따라서, 단위 체적당 에너지 밀도를 높일 수 있는 이점이 있다.

이 실시예의 전극 조립체에서, 전극 조립체(25)의 단면과 동일한 형상을 갖는 판 모양의 집전판(50)이 각각의 무지부(23b, 22b)와 마주한 상태로 위치하고, 이 상태에서 집전판(50, 70)과 무지부(23b, 22b)를 직접 레이저 용접하는 것으로 집전판(50, 70)을 무지부(23b, 22b)에 고정시킨다. 그리고, 상기 집전판(50, 70)의 외측면으로는 동일 극성의 전극 단자(501, 701)들이 각각 구비된다..

이처럼 구성된 본 실시예의 전극 조립체(20)는 케이스(11)에 횡권축(O)이 수평한 상태로 수납된다. 이에 대해서 도 5를 참조해서 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 또는 도 4처럼 구성된 본 실시예의 전극 조립체(20)가 횡권축(O)이 수평한 상태로 케이스(11)의 수납부(11a)에 안착된다. 이에 따라서, 케이스(11)의 플랜지(111)를 가로질러 양, 음극용 전극 단자들(501, 701)이 케이스(11) 밖으로 돌출되게 위치한다.

이 상태에서, 커버(15)의 가장 자리가 케이스(11)의 플랜지(111)에 접합하도록 커버(15)를 씌운 상태에서, 이 접합면을 따라 케이스(11) 및 커버(111)를 밀봉하는 것으로 본 실시예에 따른 파우치 전지가 완성된다.

이때, 전해질을 케이스(11) 내부에 제공해서 극판들을 함침하고, 열 중합하는 과정과, 이 열 중합 과정에서 생성된 가스 및 불순물들을 제거하는 과정이 추가로 부가될 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 파우치 전지의 구성을 간단히 함으로써 부품수를 적게 하면서도 작업 공수를 줄여 제조 원가를 낮추는 효과가 있다. 또한, 무지부를 통해 전극 단자들이 서로 대향하는 구조로 배치함으로써 단위 체적당 에너지 밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 세퍼레이터를 사이에 두고 횡권축을 중심으로 양극판과 음극판으로 이루어진 극판을 권취해서 형성되는 전극군;

   상기 횡권축과 교차하는 방향으로 양 단부에 활물질이 도포되지 않은 무지부;

   상기 횡권축의 방향에서 상기 무지부와 마주해 고정되는 판 모양의 집전판;

   상기 집전판의 외측면에 구비되는 양, 음극용 전극 단자;

   상기 횡권축이 수평한 상태로 상기 전극군이 수납되는 공간이 형성되어 있으며, 일부가 개방된 케이스; 및,

   상기 양, 음극용 전극 단자들이 상기 케이스 밖으로 돌출되게 상기 케이스의 개방된 부분을 밀봉하는 커버;를 포함해서 이루어지는 파우치형 이차 전지.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 무지부를 이루는 극판들이 서로 포개어져 밀착된 상태로 무지부 전체가 접합되어 있는 이차 전지.

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