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KR100833739B1 - 각형 리튬 이온 전지 - Google Patents

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KR100833739B1
KR100833739B1 KR1020060105087A KR20060105087A KR100833739B1 KR 100833739 B1 KR100833739 B1 KR 100833739B1 KR 1020060105087 A KR1020060105087 A KR 1020060105087A KR 20060105087 A KR20060105087 A KR 20060105087A KR 100833739 B1 KR100833739 B1 KR 100833739B1
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tape
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electrode
electrodes
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이장호
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

권취축 방향의 일방인 상방으로 인출되는 전극 탭을 가지는 두 전극과 이들 두 전극 사이의 단락을 방지하는 세퍼레이터가 적층 권취되어 이루어지는 권취형 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 각형 캔, 전극 조립체의 권취 말단을 포함하여 전극 조립체의 외측면 적어도 일부에 부착되는 마감 테이프, 전극 조립체의 하부면과 이 하부면에 인접한 외측면의 적어도 일부를 감싸도록 부착되는 하부 테이프를 구비하며, 마감 테이프와 하부 테이프는 서로 겹치지 않는 위치에서 전극 조립체에 부착되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지가 개시된다.
본 발명에 따르면 각형 캔에 전체 전극 조립체 투입이 용이하도록 하고, 테이프 자재 비용을 절감할 수 있도록 하면서 마감 테이프와 하부 테이프 겹침으로 인한 전극조립체 두께 증가를 방지하여 상대적으로 전지의 부피당 용량 증가를 가능하게 한다.

Description

각형 리튬 이온 전지{Prismatic lithium ion rechargeable battery}
도1은 종래의 각형 캔에 투입되는 전극 조립체 및 이를 감싸는 마감 테이프와 하부 테이프를 나타내는 단면도이며,
도2는 도1의 AA라인을 따라 절개한 단면을 개략적으로 나타내는 종단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 분해사시도,
도4는 본 발명의 다른 실시예에서 전극 조립체 본체에 마감 테이프 및 하부 테이프가 부착된 상태를 나타내는 사시도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10,200: 전극 조립체 20,230a,400: 마감 테이프
30,500: 하부 테이프 110: 캔
본 발명은 리튬 이온 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마감 테이프와 하부 테이프를 가지는 각형 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
이동형 전자 기기의 사용이 늘어나면서 그 전원으로 전지의 사용이 늘어나고 있다. 전지 가운데 이차 전지는 1회용 전지에 비해 고가이나 충전을 통해 반복하여 사용할 수 있으므로 경제성 측면에서 유리하므로 이동 사용이 전제가 되는 전자 기기에서는 기본적으로 이차 전지를 전원으로 사용하고 있다.
이차 전지 가운데 리튬 이차 전지는 부피나 질량당 축적되는 에너지 용량이 높고, 메모리 효과가 없어 수명 측면에서 유리하며, 단자 전압이 높다는 장점을 가진다. 따라서, 이동성이 많이 요구되는 고가의 노트북 컴퓨터나 캠코더, 휴대전화기 등의 전자 기기에서는 부피와 질량을 줄이기 위해 리튬 이차 전지가 많이 사용된다.
리튬 이온 전지는 대개 양극 활물질로 리튬 이온의 흡장 탈리가 가능한 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 망간산 리튬, 또는 코발트, 니켈, 망간 가운데 적어도 둘을 포함하는 고용체의 산화물의 리튬염을 사용한다. 음극 활물질로는 역시 리튬 이온의 흡장과 탈리가 가능한 다양한 탄소 구조체가 사용될 수 있으며, 이들 두 전극 활물질은 바인더, 용매, 도전제 등과 슬러리 형태로 만들어져 집전체 표면에 코팅되어 전극을 형성하게 된다.
두 전극 사이에는 단락을 방지하는 세퍼레이터가 설치되고, 전지 형성을 위해서는 두 전극 사이에서 리튬 이온을 매개하여 전지에 전류가 흐르도록 하는 전해질이 필요하다. 리튬 전지는 리튬의 큰 표준 산화 전위에 따라 높은 전압으로 운용되며, 이런 전압차에서는 1.43볼트 정도의 전위차에서 전기 분해를 일으키는 물을 포함하는 수계 전해질을 사용할 수 없으므로 비수계 유기 용매에 리튬염을 녹인 용액이 기본 전해질을 이루게 된다.
그러나, 비수계 전해질은 이온의 이동도가 수계 전해질에 비해 매우 낮아 리튬 이온 전지에서 단자 전압은 높지만 큰 전류가 흐르게 하는 것은 쉽지 않다. 이런 문제를 해결하기 위해 리튬 이온 전지에서는 전극을 여러 겹으로 형성하고 반대 극성의 전극을 번갈아 적층하여 사용하거나, 띠형의 전극을 젤리롤 형태로 권취하여 두 전극 사이의 대향 면적을 늘리는 방법을 사용하고 있다.
일반적으로 리튬 이온 전지에 대해 소형, 경량화라는 요구와 더 많은 용량이라는 상충된 요구가 계속적으로 이어지고 있다. 이런 상충된 요구를 동시에 만족시키기 위해, 한편으로는, 한정된 전지 공간에 충전 용량을 늘이기 위해 상대적으로 활물질량을 늘리고 전극 조립체를 이루는 세퍼레이터, 결합재 등 다른 재료들의 상대적인 양을 줄이며, 전해액이 활물질에 잘 닿을 수 있도록 전해질량 및 활물질이 전해액과 닿는 표면을 늘이는 작업이 요구된다.
리튬 이차 전지는 전극조립체가 수용되는 케이스가 일정한 형태를 가진 금속 캔으로 이루어지는 캔형과, 얇고 형태에 융통성이 많은 파우치로 이루어지는 파우치형으로 나뉠 수 있다. 그리고, 캔형 리튬 이온 이차전지의 경우, 용량을 위주로 하는 원통형과 부피 감축과 휴대성을 높이는 각형으로 다시 나뉠 수 있다.
도1은 종래의 각형 캔에 투입되는 전극 조립체 및 이를 감싸는 마감 테이프와 하부 테이프를 나타내는 단면도이며, 도2는 도1의 AA라인을 따라 절개한 단면을 개략적으로 나타내는 종단면도이다.
도2에서는 이해의 편의를 위해 전극 조립체를 이루는 양극판, 음극판, 두 극판 사이에 위치하는 세퍼레이터 및 각 극판과 연결된 전극 탭을 별도로 표시하지 않고 하나의 몸체로 표시하고 있다.
마감 테이프(20)는 도1과 같이 전극 조립체(10)를 전체적으로 한바퀴 이상 감싸거나, 전극 조립체(10)의 말단부만을 그 말단부의 하부 층에 밀착시키는 좁은 띠 형태로 만들어질 수 있다. 그러나, 마감 테이프(20)는 어느 경우에서도 전극조립체(10)의 말단부를 위에서 아래까지 대부분의 폭에 걸쳐 커버하게 된다.
한편, 하부 테이프(30)는 전극 조립체(10)의 하면을 포함하여 하부만을 감싸며, 전극 조립체(10) 둘레 방향이 아니고, 전극조립체 아래에서 위쪽으로 감싸게 된다.
이런 경우, 전극 조립체(10)의 하부는 마감 테이프(20)에 의해서도 감싸지고, 하부 테이프(30)에 의해서도 감싸져 이들 테이프의 두께만큼씩 두꺼워지는 문제가 있다. 전극 조립체(10) 하부가 마감 테이프(20) 및 하부 테이프(30)에 의해 전체적으로 두껍게 되면 좁은 전극 캔 개구부로 삽입되기 어려워지고, 그만큼 캔 내부에 활물질에 비해 전기 충전 용량과 상관없는 재료가 포함되어 부피당 혹은 질량당 전기 용량을 낮추는 요인이 된다.
또한, 테이프 자체의 소모가 많아져 그에 따른 비용이 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 종래 각형 리튬 이온 전지의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 각형 캔에 삽입되는 마감 테이프, 하부 테이프를 포함하는 전극 조립체 전체의 용적, 두께 및 무게를 줄이고, 상대적으로 활물질 투입 량을 늘여 단위 부피당 혹 은 단위 질량당 충전 용량을 늘일 수 있는 각형 리튬 이온 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 캔에 전체 전극 조립체 투입이 용이하도록 하고, 테이프 자재 비용을 절감할 수 있는 각형 리튬 이온 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 각형 리튬 이온 전지는,
권취축 방향의 일방인 상방으로 인출되는 전극 탭을 가지는 두 전극과 상기 두 전극 사이의 단락을 방지하는 세퍼레이터가 적층 권취되어 이루어지는 권취형 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 각형 캔, 상기 전극 조립체의 권취 말단을 포함하여 상기 전극 조립체의 외측면 적어도 일부에 부착되는 마감 테이프, 상기 전극 조립체의 하부면과 상기 하부면에 인접한 외측면을 감싸도록 부착되는 하부 테이프를 구비하며, 상기 마감 테이프와 상기 하부 테이프는 서로 겹치지 않는 위치에서 상기 전극 조립체에 부착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 권취형 전극 조립체는 중심에서 외측으로 층상 구조를 가지며, 보다 중심 쪽에 있는 층을 내층이라 할 때, 마감 테이프는 적어도 전극 조립체의 권취 말단을 그 권취 말단의 내층을 이루는 부분과 밀착되도록 전극 조립체의 최외곽을 이루는 외측면에 부착된다.
따라서, 마감 테이프의 일부는 적어도 권취 말단 부분에 부착된다. 이때, 마감 테이프는 전극 조립체 외측면의 상부 1/2 폭 구간에만 설치되는 것일 수 있으 며, 마감 테이프는 폭이 좁은 띠형으로 복수 개로 형성될 수도 있다.
마감 테이프는 전극 조립체의 외측면을 권취 방향으로 1회 이상 감는 것이거나, 권취 말단의 외측면을 포함하여 짧은 구간에서 전극 조립체를 감는 것일 수 있다. 그러나, 아무리 짧은 구간에 설치되는 마감 테이프라도 그 부착 위치에 따라 하부 테이프와 겹칠 수 있는 것이므로 본원 발명 적용의 효과를 가질 수 있다. 마감 테이프가 전극 조립체 권취 방향으로 반바퀴(1/2회) 정도 감기는 경우, 하부 테이프가 전극 조립체 너비 방향 양단의 곡면 부분을 제외한 너비 대부분을 커버하는 것을 감안할 때, 마감 테이프가 전극 조립체 외측면의 하단까지 존재하게 되면 상기 하부 테이프는 그 위치에 상관없이 대개 마감 테이프와 겹치게 되므로, 이런 경우 본 발명이 더욱 효과적으로 적용될 수 있다.
본 발명의 마감 테이프는 상기 권취 말단의 내측면과 상기 권취 말단의 내층을 이루는 부분의 외측면에 끼워지는 양면 테이프 형태로 설치될 수도 있으며, 통상의 테이프와 달리 하나의 점착층이나 접착층을 도포하는 방법으로 이루어지는 경우까지 포함할 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 분해사시도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 리튬 이차 전지(100)는 이차 전지용 캔(110)과, 캔(110)의 내부에 수용된 젤리-롤형의 전극 조립체(200)와, 케이스(110)의 상부에 결합되는 캡 조립체(300)로 구성된다.
캔(110)은 대략 원통형이거나 사각 형상을 갖는 금속재로 이루어지고, 일측 이 개구되어 상단 개구부를 가지며, 그 자체가 단자 역할을 수행할 수 있다.
전극 조립체(200)는 양극 탭(215)이 부착된 양극 전극판(210), 음극 탭(225)이 부착된 음극 전극판(220) 및 양극 전극판(210)과 음극 전극판(220) 사이에 개재된 세퍼레이터(230)가 권취된 형태로 이루어져 있다. 또한, 전극 조립체(200)는 권취되어 젤리-롤형을 갖는 양극 전극판(210), 음극 전극판(220) 및 세퍼레이터(230)가 분리되지 않도록 함과 아울러, 전극 조립체(200)에는 그 외면을 감싸는 마감 테이프(230a)가 설치된다. 한편 도시되지 않지만 전극 조립체 하면을 포함하여 하부를 감싸는 하부 테이프가 설치된다.
캔(110)에 삽입된 전극 조립체(200) 위로는 절연 케이스(360)가 놓여 전극 조립체와 캡 플레이트(310) 사이의 단락을 방지한다. 캡 플레이트(310)는 캔(110)의 개구부를 밀봉하며, 전극 탭(215) 가운데 하나와 접속된다. 다른 하나의 전극 탭(225)은 캡 플레이트(310)의 전극 통공(311)을 통해 설치되는 전극 단자(320)와 전기 접속되는 터미널 플레이트(350) 하면에 용접된다. 전극 단자(320) 및 터미널 플레이트(350)와 캡 플레이트(310)를 절연시키기 위해 전극 단자(320)는 가스켓(330)을 통해 전극 통공(311)에 설치되며, 터미널 플레이트(350)와 캡 플레이트(310) 사이에는 절연 플레이트(340)가 설치된다. 전극 단자(320)와 터미널 플레이트(350)의 연결을 위해 절연 플레이트(340)와 터미널 플레이트(350)에는 각각 통공(341,351)이 형성된다.
캔(110)에 캡 플레이트(310)이 용접되어 마감된 뒤에는 캡 플레이트(310)에 형성된 전해액 주입구(312)를 통해 전해액이 전극조립체에 공급되고 전해액 주입 구(312)는 플러그(315)에 의해 밀봉된다.
도4는 본 발명의 다른 실시예에서 전극 조립체 본체에 마감 테이프 및 하부 테이프가 부착된 상태를 나타내는 사시도이다.
도4에 따르면, 마감 테이프(400)는 전극 조립체(200) 측면에서 전극 조립체(200) 둘레 방향으로 전체 가운데 상부 폭에 한정되어 감겨진 상태를 나타내며, 하부 테이프(500)는 하면쪽에서 하면과 하부 측면을 감싸도록 부착되어 있다. 가령, 마감 테이프(400)는 전극 조립체(200) 상하 방향 폭의 절반 정도를 감싸고, 하부 테이프(500)는 전극 조립체 하면과 함께 전극 조립체(200) 측면에서 상하 방향 전체 폭의 1/3 정도를 덮고 있다. 이때 하부 테이프(500)가 전극 조립체(200) 하면만을 커버하는 경우, 전극 조립체가 캔으로 삽입될 때의 보호 역할을 완전히 하기 어렵고, 고르지 못한 전극 조립체 하부면으로 인하여 하부 테이프가 떨어지기 쉽다. 따라서, 하부 테이프(500)의 적어도 일부는 전극 조립체(200) 측면에 부착되도록 한다.
이 실시예에서는 마감 테이프가 전극 조립체 둘레 방향을 전체적으로 감는 경우를 도시하고 있으나, 마감 테이프는 권취된 전극 조립체 말단부(280)만을 전극 조립체의 그 내층 면에 밀착시키도록 좁은 너비로 형성될 수 있다. 단, 너무 좁을 경우 테이프가 떨어져 나갈 염려가 있으므로 마감 테이프의 접착성을 높이거나, 테이프의 접착 면적을 조절하고, 전극 조립체 상하 방향 폭의 절반 정도는 커버하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 마감 테이프를 전극 조립체를 둘레 방향으로 감는 좁은 띠 형태로 형 성할 수 있다. 이 경우, 마감 테이프가 권취 말단 전반을 내층면에 밀착시키는 역할을 충분히 하기 위해 하나의 전극 조립체에 둘 이상의 마감 테이프를 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면 각형 캔에 전체 전극 조립체 투입이 용이하도록 하고, 테이프 자재 비용을 절감할 수 있도록 하면서 마감 테이프와 하부 테이프 겹침으로 인한 전극조립체 두께 증가를 방지하여 상대적으로 전지의 부피당 용량 증가를 가능하게 한다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 권취축 방향의 일방인 상방으로 인출되는 전극 탭을 가지는 두 전극과 상기 두 전극 사이의 단락을 방지하는 세퍼레이터가 적층 권취되어 이루어지는 권취형 전극 조립체,
    상기 전극 조립체를 수용하는 각형 캔,
    상기 전극 조립체의 권취 말단을 포함하여 상기 전극 조립체의 외측면 적어도 일부에 부착되는 마감 테이프,
    상기 전극 조립체의 하부면과 상기 하부면에 인접한 외측면 적어도 일부를 감싸도록 부착되는 하부 테이프를 구비하며,
    상기 마감 테이프와 상기 하부 테이프는 서로 겹치지 않는 위치에서 상기 전극 조립체에 부착되고, 상기 마감 테이프는 상기 전극 조립체의 외측면의 상하 방향 폭의 상부 1/2 범위에 한정되어 설치되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
  3. 권취축 방향의 일방인 상방으로 인출되는 전극 탭을 가지는 두 전극과 상기 두 전극 사이의 단락을 방지하는 세퍼레이터가 적층 권취되어 이루어지는 권취형 전극 조립체,
    상기 전극 조립체를 수용하는 각형 캔,
    상기 전극 조립체의 권취 말단을 포함하여 상기 전극 조립체의 외측면 적어도 일부에 부착되는 마감 테이프,
    상기 전극 조립체의 하부면과 상기 하부면에 인접한 외측면 적어도 일부를 감싸도록 부착되는 하부 테이프를 구비하며,
    상기 마감 테이프와 상기 하부 테이프는 서로 겹치지 않는 위치에서 상기 전극 조립체에 부착되고, 상기 마감 테이프는 상기 권취 말단의 내측면과 상기 권취 말단의 내층을 이루는 부분의 외측면에 설치되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마감 테이프는 양면 테이프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 마감 테이프는 별도의 기재 없는 점착제나 접착제 도포층만으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
  6. 권취축 방향의 일방인 상방으로 인출되는 전극 탭을 가지는 두 전극과 상기 두 전극 사이의 단락을 방지하는 세퍼레이터가 적층 권취되어 이루어지는 권취형 전극 조립체,
    상기 전극 조립체를 수용하는 각형 캔,
    상기 전극 조립체의 권취 말단을 포함하여 상기 전극 조립체의 외측면 적어도 일부에 부착되는 마감 테이프,
    상기 전극 조립체의 하부면과 상기 하부면에 인접한 외측면 적어도 일부를 감싸도록 부착되는 하부 테이프를 구비하며,
    상기 마감 테이프와 상기 하부 테이프는 서로 겹치지 않는 위치에서 상기 전극 조립체에 부착되고, 상기 마감 테이프는 상기 전극 조립체의 외측면에 둘레 방향으로 부착되는 둘 이상의 테이프로 구성되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
  7. 권취축 방향의 일방인 상방으로 인출되는 전극 탭을 가지는 두 전극과 상기 두 전극 사이의 단락을 방지하는 세퍼레이터가 적층 권취되어 이루어지는 권취형 전극 조립체,
    상기 전극 조립체를 수용하는 각형 캔,
    상기 전극 조립체의 권취 말단을 포함하여 상기 전극 조립체의 외측면 적어도 일부에 부착되는 마감 테이프,
    상기 전극 조립체의 하부면과 상기 하부면에 인접한 외측면 적어도 일부를 감싸도록 부착되는 하부 테이프를 구비하며,
    상기 마감 테이프와 상기 하부 테이프는 서로 겹치지 않는 위치에서 상기 전극 조립체에 부착되고, 상기 마감 테이프는 상기 전극 조립체의 외측면을 둘레 방향으로 적어도 1/2회 감는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
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