KR100696844B1

KR100696844B1 - 이차전지

Info

Publication number: KR100696844B1
Application number: KR1020050132436A
Authority: KR
Inventors: 윤장호
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-03-19
Anticipated expiration: 2025-12-28

Abstract

본 발명의 이차전지는 서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전지부와, 상기 두 전극에서 각각 인출된 전극탭을 구비한 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡 조립체를 포함하는 각형 이차전지에 있어서, 상기 전극 탭은, 상기 두 전극에 각각 복수이면서 동수로써 결합되되, 상기 각 전극에 일정 간격으로 결합되고, 와형으로 권취된 상기 전지부의 코너 중, 대략 직육면체 형상인 상기 캔의 모서리와 대응하는 부분에 결합되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 전지의 내부저항을 감소시켜 전지의 출력을 향상시킬 수 있다.

Description

이차전지 {SECONDARY BATTERY}

도 1a 는 종래의 전지부를 구성하는 두 전극에 각각 한 개의 전극탭이 결합된 모습을 나타낸 개략도,

도 1b 는 도 1a 의 두 전극 사이에 세퍼레이터를 개재한 채 와형으로 권취한 모습을 나타낸 개략도,

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 분리 사시도,

도 3 은 도 2 에 나타낸 이차전지의 캔에 수납된 전극조립체의 평면도,

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 전지부를 구성하는 두 전극에 각각 복수 개의 전극탭이 결합된 모습을 나타낸 개략도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 이차전지 11: 캔

12: 전극조립체 13: 양극

14: 세퍼레이터 15: 음극

16: 양극탭 17: 음극탭

100: 캡조립체 110: 캡플레이트

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지부를 구성하는 전극에 복수 개의 전극탭을 결합함으로써 전지의 내부저항을 감소시켜 전지의 출력을 향상시킨 이차전지에 관한 것이다.

통상적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.

이러한 리튬 이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 또한, 리튬 이차전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.

이 중 각형 이차전지는 전극조립체와, 이 전극조립체를 수용하는 캔과, 이 캔에 결합되는 캡조립체를 포함하여 이루어진다.

전극조립체는 양극과 음극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되어 있으며, 양극 및 음극으로부터 양극 및 음극탭이 각각 인출되어 있다.

캔은 각형 이차전지에서 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다.

캡조립체는 캔의 상부에 결합되는 캡플레이트와, 단자통공을 통하여 설치되 고 그 외면에 캡플레이트와의 절연을 위한 가스켓이 위치하는 전극단자와, 캡플레이트의 아랫면에 설치되는 절연플레이트와, 이 절연플레이트의 아랫면에 설치되어 전극단자와 통전되는 단자플레이트를 포함하여 이루어진다.

전극조립체의 음극은 음극탭과 단자플레이트를 통해 전극단자와 전기적으로 연결되고, 양극은 양극탭을 통해 캡플레이트나 캔에 전기적으로 연결된다. 물론, 전지의 극성을 바꾸어 설계할 수도 있다.

도 1a 를 참조하면, 양극(3) 및 음극(5)은 전기용량을 높이기 위해 넓은 판형으로 형성한다. 양극(3) 및 음극(5)은 각각 알루미늄 및 구리로 된 금속 포일 혹은 금속 메시로 이루어진 집전체에 각각의 활물질 슬러리가 도포되어 이루어진다. 극판이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재하며, 이 무지부에는 한 전극(3, 5)에 하나의 전극탭(6, 7)이 레이저 용접 등에 의해 결합되어 있다.

도 1b 는 도 1a 에 나타낸 두 전극 사이에 세퍼레이터를 개재한 채 와형으로 권취한 모습을 나타낸다.

도 1a 및 도 1b 에 나타낸 바와 같이, 한 전극에 전극탭이 하나씩만 결합되어 있어, 활물질을 통해 집전체에 집전된 전기가 집전체를 따라 전극탭에 이르는 거리는 상당히 긴 경우가 생긴다. 이는 곧 전지의 내부저항 증가를 초래하여 전류량을 감소시키고, 결국 전지의 출력이 감소된다.

더욱이, 최근 전지의 소형화 및 대용량화에 따라 집전체의 두께가 점점 얇아지는 추세에 의하면, 전지의 내부저항을 줄이는 것이 전지 제작의 중요한 요소가 될 것임은 명백하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전지부를 구성하는 전극에 복수 개의 전극탭을 결합함으로써 전지의 내부저항을 감소시켜 전지의 출력을 향상시키는 데 그 목적이 있다.

또한, 복수 개의 전극탭을 적절히 배치함으로써 캔 내부에 전극조립체를 원활하게 삽입하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는,
서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전지부와, 상기 두 전극에서 각각 인출된 전극탭을 구비한 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡 조립체를 포함하는 각형 이차전지에 있어서, 상기 전극 탭은, 상기 두 전극에 각각 복수이면서 동수로써 결합되되, 상기 각 전극에 일정 간격으로 결합되고, 와형으로 권취된 상기 전지부의 코너 중, 대략 직육면체 형상인 상기 캔의 모서리와 대응하는 부분에 결합되는 것을 특징으로 한다.

삭제

이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 이차전지에 관한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 분리 사시도이다.

도면을 참조하면, 이차전지는 전극조립체(12)와, 이 전극조립체(12)를 수용하는 캔(11)과, 이 캔(11)과 결합되는 캡조립체(100)를 포함한다.

전극조립체(12)는 전기를 생성하는 전지부와, 이 전지부의 서로 다른 두 전 극에 각각 결합된 전극탭을 구비한다. 전지부는 통상 전기용량을 높이기 위해 양극(13) 및 음극(15)을 넓은 판형으로 형성한 뒤, 이들을 상호 절연시키는 세퍼레이터(14)를 양극(13)과 음극(15) 사이에 개재하여 적층하고, 와형으로 권취하여 이른바 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 만든다.

음극(15) 및 양극(13)은 각각 구리 및 알루미늄 포일로 이루어진 집전체 각각에 음극 활물질인 탄소와 양극 활물질인 코발트산 리튬 등을 코팅시켜 형성할 수 있다. 세퍼레이터(14)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어져 있다. 세퍼레이터(14)는 양극(13) 및 음극(15)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 극판 간의 단락을 방지하는 데 유리하다.

전지부의 두 전극(13, 15)에는 각각 복수 개의 양극탭 및 음극탭(16, 17)이 결합되어 상방으로 인출되어 있는데, 자세한 내용은 후술하기로 한다. 상기 양극탭 및 음극탭(16, 17)에는 상기 전지부의 외부로 인출되는 경계부에 극판(13, 15) 간의 단락을 방지하기 위하여 절연테이프(18)가 감겨져 있다.

캔(11)은 도시된 바와 같은 각형 이차전지에서 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다. 따라서, 캔 자체가 단자역할을 수행하는 것도 가능하다. 캔을 이루는 재질로는 경량의 전도성 금속인 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하다. 캔(11)은 전극조립체(12)와 전해액의 용기가 되고, 전극조립체(12)가 투입되도록 개방된 상부는 캡조립체(100)에 의해 봉해진다.

캡조립체(100)는 캡플레이트(110)와, 가스켓(120)과, 전극단자(130)와, 절연 플레이트(140)와, 단자플레이트(150)를 포함하여 이루어진다. 캡플레이트(110)에는 단자통공(111)이 형성되어 있는데, 전극단자(130)가 그 외면에 캡플레이트(110)와의 절연을 위하여 가스켓(120)을 위치시킨 채 단자통공(111)을 관통하여 설치된다. 캡플레이트(110)의 아랫면에는 절연플레이트(140)가 설치되어 있고, 이 절연플레이트(140)의 아랫면에는 단자플레이트(150)가 설치되어 있다. 이 단자플레이트(150)에는 전극단자(130)의 하단부가 결합되어 있다.

전지부의 음극(15)은 음극탭(17)과 단자플레이트(150)를 통하여 전극단자(130)와 전기적으로 연결되고, 전극조립체(12)의 양극(13)의 경우에는 양극탭(16)이 캡플레이트(110)에 전기적으로 연결되는데, 자세한 내용은 후술하기로 한다.

한편, 극성을 달리하여 전지를 설계할 수도 있을 것이다.

캡조립체(100)의 아래에는 캡조립체(100)와 전극조립체(12)와의 절연을 위해 절연케이스(190)가 설치되어 있다.

캡플레이트(110)의 일 측에는 벤트(116)가 형성되는데, 이 벤트(116)는 과충전 등으로 인하여 전지의 내부압력이 증가할 때 우선적으로 파단되어 내부가스를 방출시킴으로써 전지의 안전성을 확보하는 역할을 한다.

캡플레이트(110)의 타 측에는 캔(11)의 내부에 전해액을 주입하기 위한 전해액주입공(112)이 형성되어 있으며, 전해액 주입 후 상기 전해액주입공(112)을 밀폐시키는 밀봉부(160)가 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전지부의 서로 다른 두 전극 중 적어도 한 전극에 복수 개의 전극탭이 결합된다. 도 2 내지 도 4 를 참조하면, 전지 부의 양극(13)에는 복수 개의 양극탭(16)이 결합되어 있고, 음극(15)에도 복수 개의 음극탭(17)이 결합되어 있다.

도 4 를 참조하면, 복수 개의 전극탭은 일정 간격으로 전극에 결합되어 있다. 즉, 양극(13)의 경우, 극판이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에 활물질 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재하며, 이 무지부에 복수 개의 양극탭(16)이 일정 간격으로 결합되어 있다. 또한, 음극(15)의 경우에도, 극판이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에 활물질 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재하며, 이 무지부에 복수 개의 음극탭(17)이 일정 간격으로 결합되어 있다.

이에 따라, 활물질을 통해 집전체에 집전된 전기가 집전체를 따라 일정 간격으로 배치된 전극탭으로 이동하는 거리가 짧아진다. 따라서, 전지의 내부저항이 감소하고 전류량을 증가하여 전지의 출력이 증대된다.

또한, 도시한 바와 같이, 양극(13)에 결합된 양극탭(16) 수와 음극(15)에 결합된 음극탭(17) 수가 같은 것이 바람직하다. 이는 각 전극에서 전기를 균등하게 인출하고, 또한 각 전극에 일정 간격으로 결합된 양극탭(16)과 음극탭(17)이 겹쳐지지 않게 배치되도록 하기 위함이다.

도 3 을 참조하면, 복수 개의 양극탭(16) 및 복수 개의 음극탭(17)은 와형으로 권취된 전지부의 코너 가운데 캔의 모서리에 대응되는 부분에 위치하여 있다. 종래 전극에 단수의 전극탭이 결합한 경우와 달리, 전극에 복수 개의 전극탭이 결합되므로 전지부의 두께가 두꺼워질 수 있다. 이에 따라, 캔에 전극조립체를 원활하게 삽입하는 것이 곤란할 수도 있다. 한편, 전지부는 와형으로 권취되어 캔에 삽 입되므로 캔의 네 모서리부와 와형으로 권취된 전지부 사이에는 빈 공간이 발생하게 된다. 따라서, 도시한 바와 같이, 복수 개의 양극탭 및 복수 개의 음극탭을 전지부의 코너 가운데 캔의 모서리에 대응되는 부분에 위치시킴으로써, 캔 내부에 전극조립체를 원활하게 삽입할 수 있게 된다. 이는 전지부의 권취 회수를 전과 동일하게 할 수 있음을 의미한다. 도 3 에서 세퍼레이터의 도시는 생략하였다.

복수 개의 전극탭이 캡조립체에 접합되는 모습을 살펴본다.

도 2 를 참조하면, 본 실시예에서 음극탭(17)은 단자플레이트(150)에 접합되는데, 이때 복수 개의 음극탭(17)은 단자플레이트(150)에 개별적으로 접합될 수 있다. 이 경우, 절연케이스(190)에는 복수 개의 음극탭(17)이 통과하기 위한 복수 개의 홀(191)이 필요하다. 또한, 양극탭(16)은 캡플레이트(110)에 접합되는데, 이때 복수 개의 양극탭(16)은 캡플레이트(110)에 개별적으로 접합될 수 있다. 이 경우, 절연케이스(190)에는 복수 개의 양극탭(17)이 통과하기 위한 복수 개의 홀(191)이 필요하다.

또는, 복수 개의 음극탭(17)이 미리 서로 접합된 채 단자플레이트(150)에 함께 접합될 수도 있다. 또한, 복수 개의 양극탭(16)도 미리 서로 접합된 채 캡플레이트(1110)에 함께 접합될 수도 있다.

본 발명에 의하면, 전지부를 구성하는 전극에 복수 개의 전극탭을 결합함으로써 전지의 내부저항을 감소시켜 전지의 출력을 향상시킬 수 있다. 나아가, 복수 개의 전극탭을 적절히 배치함으로써 캔 내부에 전극조립체를 원활하게 삽입할 수 있다.

본 발명은 도시된 실시예를 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims

서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전지부와, 상기 두 전극에서 각각 인출된 전극탭을 구비한 전극조립체;

상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및

상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡 조립체를 포함하는 각형 이차전지에 있어서,

상기 전극 탭은, 상기 두 전극에 각각 복수이면서 동수로써 결합되되, 상기 각 전극에 일정 간격으로 결합되고, 와형으로 권취된 상기 전지부의 코너 중, 대략 직육면체 형상인 상기 캔의 모서리와 대응하는 부분에 결합되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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제 1 항에 있어서,

상기 복수 개의 전극탭은 상기 캡조립체의 한 부품에 개별적으로 접합되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 복수 개의 전극탭은 서로 접합된 채 상기 캡조립체의 한 부품에 접합되는 것을 특징으로 하는 이차전지.