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KR101243435B1 - 이차전지 - Google Patents

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KR101243435B1
KR101243435B1 KR1020060041166A KR20060041166A KR101243435B1 KR 101243435 B1 KR101243435 B1 KR 101243435B1 KR 1020060041166 A KR1020060041166 A KR 1020060041166A KR 20060041166 A KR20060041166 A KR 20060041166A KR 101243435 B1 KR101243435 B1 KR 101243435B1
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KR
South Korea
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electrode assembly
secondary battery
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electrolyte
cover portion
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이장호
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 이차전지에 의하면, 하부테이프 중 전극조립체의 저면을 감싸는 부분에 형성된 요철부로 인하여 전극조립체의 저면과 하부테이프가 서로 밀착되어 있지 않으므로, 전극조립체의 측면을 따라 하방으로 흘러내린 전해액은 상기 요철부 중 오목부에 고이거나 오목부 사이를 통해 측방으로 이동할 수 있게 된다. 따라서, 전극조립체의 저면을 통한 상방으로의 전해액 확산이 용이해져, 전극조립체에 전해액이 충분히 함침될 수 있고, 또한 함침 시간이 단축될 수 있다.

Description

이차전지 {SECONDARY BATTERY}
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 분리 사시도,
도 2a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 하부테이프를 나타내는 사시도,
도 2b 는 도 2a 의 A부분을 확대한 모식도,
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 하부테이프를 나타내는 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 이차전지 11: 캔
12: 전극조립체 100: 캡조립체
200, 200': 하부테이프 210, 210': 기재기판
211, 211': 저면커버부 212: 볼록부
213: 홀 214: 메시
215, 215': 측면커버부 220, 220': 접착층
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극조립체 하부로의 전해액 함침 루트를 확보하기 위한 하부테이프의 형상에 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 전극조립체 및 전해액을 수용하는 각형의 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. 따라서 캔 자체가 단자역할을 수행하는 것도 가능하다.
캡조립체는 캔의 상부에 결합되는 캡플레이트와, 단자통공을 통하여 설치되고 그 외면에 캡플레이트와의 절연을 위한 가스켓이 위치하는 전극단자와, 캡플레 이트의 아랫면에 설치되는 절연플레이트와, 이 절연플레이트의 아랫면에 설치되어 전극단자와 통전되는 단자플레이트를 포함하여 이루어진다.
전극조립체의 음극은 음극탭과 단자플레이트를 통해 전극단자와 전기적으로 연결되고, 양극은 이와 연결되는 양극탭을 통해 캡플레이트나 캔에 전기적으로 연결된다. 물론, 극성이 바뀌어 형성될 수도 있다.
젤리롤 형태의 전극조립체가 캔 내부로 삽입됨에 있어, 상술한 바와 같이 캔은 전극조립체의 한 전극(예컨대, 양극)과 전기적으로 연결되므로, 캔과 전극조립체 사이를 절연하는 부재가 필요하게 된다. 통상적으로, 각형 이차전지에서는 절연성 하부테이프가 이러한 역할을 수행하게 된다. 즉, 절연성 하부테이프는 전극조립체의 저면과, 이 저면의 장변과 인접한 양 측면 중 일부를 감싸 캔과 전극조립체 사이를 절연한다.
그런데, 종래의 하부테이프는 전극조립체의 저면과 접촉하는 부분이 평평한 구조를 갖고 있다. 이에 따라, 전극조립체의 저면과 하부테이프 및 캔의 바닥면은 서로 밀착되어 전해액이 고여 있을만한 공간이 없게 된다.
따라서, 전극조립체의 저면을 통한 상방으로의 전해액 확산이 어려워, 전극조립체에 전해액이 충분히 함침되지 않는 문제가 있고, 또한 함침 시간이 오래 걸리는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전극조립체 하부로의 전해액 함침 루트를 확보하기 위한 하부테이프의 형상을 설계하는 데 그 목적 이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지는,
전극조립체; 상기 전극조립체와 전해액이 수용되는 캔; 상기 전극조립체의 적어도 저면을 감싸는 절연성 하부테이프; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함하며, 상기 하부테이프 중 상기 전극조립체의 저면을 감싸는 부분에 요철부가 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 하부테이프는 기재기판과, 상기 기재기판의 적어도 일부에 도포된 접착층으로 이루어질 수도 있다.
그리고, 상기 기재기판은 상기 전극조립체의 저면을 감싸는 저면커버부와, 상기 저면과 인접한 양 측면을 감싸는 측면커버부를 포함할 수도 있다.
이때, 상기 접착층은 상기 측면커버부에만 도포되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 저면커버부에 다수의 홀이 형성될 수도 있다. 상기 홀은 상기 요철부 중 볼록부가 형성되지 않은 부분에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기재기판 중 적어도 상기 저면커버부는 메시 형상으로 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 기재기판 중 적어도 상기 저면커버부는 다공성 재질로 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 저면커버부는 상기 측면커버부보다 두꺼운 것이 바람직하다.
또한, 상기 저면커버부의 하면은 평평할 수도 있다.
상기한 캔의 외형은 직육면체형일 수도 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지는,
전극조립체; 상기 전극조립체와 전해액이 수용되는 캔; 상기 전극조립체의 하부를 감싸는 절연성 하부테이프; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 하부테이프는 상기 전극조립체의 저면을 감싸는 저면커버부와 상기 저면과 인접한 양 측면을 감싸는 측면커버부를 포함하는 기재기판과, 상기 기재기판의 상기 측면커버부에 도포된 접착층을 구비하며, 상기 저면커버부는 메시 형상으로 이루어지고, 상기 저면커버부는 상기 측면커버부보다 두꺼운 것을 특징으로 한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 분리 사시도이다.
도면을 참조하면, 이차전지(10)는 전극조립체(12)와, 이 전극조립체(12)를 수용하는 캔(11)과, 이 캔(11)과 결합되는 캡조립체(100)를 포함한다.
전극조립체(12)는 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 알미늄 포일로 이루어진 집전체 각각에 음극 활물질인 탄소와 양극 활물질인 코발트산 리튬 등을 코팅 시켜 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. 전극조립체(12)에는 각 전극과 연결된 양극 및 음극탭(16, 17)이 인출되어 있다. 상기 양극 및 음극탭(16, 17)에는 상기 전극조립체(12)의 외부로 인출되는 경계부에 극판(13, 15) 간의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(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 알미늄 또는 알미늄 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, 전극단자(130)와, 절연플레이트(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.
전극조립체(12)의 음극(15)은 음극탭(17)과 단자플레이트(150)를 통하여 전극단자(130)와 전기적으로 연결되어 있다. 전극조립체(12)의 양극(13)의 경우에는 양극탭(16)이 캡플레이트(110)나 캔(11)에 용접되어 있다. 상기 단자플레이트(150)의 하부에는 절연케이스(190)가 더 설치될 수도 있다. 한편, 극성을 달리하여 전지를 설계할 수도 있을 것이다.
젤리롤 형태의 전극조립체(12)가 캔(11) 내부로 삽입됨에 있어, 상술한 바와 같이 캔(11)은 전극조립체(12)의 한 전극(예컨대, 양극(13))과 전기적으로 연결되므로, 캔(11)의 바닥면과 전극조립체(12)의 저면 사이를 절연하기 위해, 절연성 하부테이프(200)를 이용하여 전극조립체(12)의 적어도 저면을 감싸는데, 이 절연성 하부테이프(200)에 관해서는 후술하기로 한다.
한편, 캡플레이트(110)의 일 측에는 캡플레이트(110)의 다른 부분보다 얇은 벤트(116)가 형성되는데, 이 벤트(116)는 과충전 등으로 인하여 전지의 내부압력이 증가할 때 우선적으로 파단되어 내부가스를 방출시켜 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.
이하, 절연성 하부테이프(200)에 관하여 보다 상세하게는 다음과 같다.
도 2a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 하부테이프를 나타내는 사시도이고, 도 2b 는 도 2a 의 A부분을 확대한 모식도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 절연성 하부테이프(200) 중 전극조립체의 저면을 감싸는 부분에 요철부가 형성되어 있다.
전해액주입공(112)에 주입된 전해액의 일부는 전극조립체의 상면에서 하방으로 함침이 이루어지고, 나머지는 전극조립체의 측면을 따라 하방으로 흘러내린다. 상기 요철부로 인하여 전극조립체의 저면과 하부테이프(200)는 서로 밀착되어 있지 않으므로, 전극조립체의 측면을 따라 하방으로 흘러내린 전해액은 상기 요철부 중 오목부에 고이거나 오목부 사이를 통해 측방으로 이동할 수 있게 된다. 따라서, 전극조립체의 저면을 통한 상방으로의 전해액 확산이 용이해져, 전극조립체에 전해액이 충분히 함침될 수 있고, 또한 함침 시간이 단축될 수 있다.
상기 하부테이프(200)는 기재기판(210)과, 이 기재기판(210)의 적어도 일부에 도포된 접착층(220)으로 이루어져 있다. 접착층(220)은 하부테이프(200)를 전극조립체에 접착 고정하는 역할을 한다.
상기 기재기판(210)은 상기 전극조립체의 저면을 감싸는 저면커버부(211)와, 상기 저면과 인접한 양 측면을 감싸는 측면커버부(215)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 접착층(220)은 상기 측면커버부(215)에만 도포되는 것이 바람직하다. 접착층이 저면커버부(211)에 도포되어 있다면, 이 접착층으로 인해 전극조립체의 저면을 통한 상방으로의 전해액 확산이 방해받기 때문이다.
이러한 저면커버부(211)에는 다수의 홀(213)이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 전극조립체의 측면을 따라 하방으로 흘러내려 캔의 바닥에 있는 전해액은 저면커버부(211)에 형성된 다수의 홀(213)을 통과해 전극조립체의 저면쪽으로 이동할 수 있게 된다. 다만, 상기 홀(213)의 크기가 너무 커서, 캔의 바닥면과 전극조립체의 저면 사이에 단락이 일어나지 않도록 주의할 필요가 있다.
이때, 상기 홀(213)은 상기 요철부 중 볼록부(212)가 형성되지 않은 부분에 형성되는 것이 바람직하다. 볼록부(212) 부분에 홀이 형성된다면, 저면커버부(211)에 요철부를 형성하여 전해액 함침 루트를 확보하려는 본 발명의 목적에 반하기 때문이다. 이러한 홀(213)은 상기 요철부 중 볼록부(212)가 형성되지 않은 부분 전체에 형성될 수도 있고, 일부에 형성될 수도 있다. 일부에 형성된 경우에는 홀(213)과, 오목부 내지 평평한 부분이 공존할 수 있다.
한편, 상기 기재기판(210) 중 적어도 상기 저면커버부(211)는 다공성 재질로 이루어질 수도 있다. 상기 저면커버부(211)에 상기 홀(213)이 형성되어 있지 않더라도, 기재기판(210) 중 적어도 저면커버부(211)가 다공성 재질로 이루어져 있다면, 저면커버부(211)를 통한 전해액의 입·출입이 자유로울 수 있다. 다만, 저면커버부(211)가 다공성 재질로 이루어진 경우에도 저면커버부(211)에 상기 홀(213)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 저면커버부(211)는 메시 형상으로 이루어질 수도 있다.
도면을 참조하면, 상기 저면커버부(211)는 상기 측면커버부(215)보다 두꺼울 수도 있다. 여기서, 저면커버부(211)의 두께는 요철부 중 볼록부(212)의 높이를 의미한다. 측면커버부(215)의 두께는 하부테이프(200)가 전극조립체와 접착 고정될 수 있을 정도이기만 하면 족하다. 측면커버부(215)의 두께가 너무 두꺼우면, 전극조립체와 캔의 내벽 사이에 전기 발생에 무용한 공간을 발생토록 하므로 바람직하 지 않다. 이에 반해, 저면커버부(211)는 요철부를 형성하기 위해 일정 두께 이상일 것을 요한다. 따라서, 저면커버부(211)는 측면커버부(215)보다 두꺼운 것이 바람직하다.
또한, 상기 저면커버부(211)의 하면은 평평한 것이 바람직하다. 상기 저면커버부(211)의 하면에도 요철부가 형성되어 하면이 굴곡진다면, 전해액이 캔의 바닥면과 하부테이프 하면의 굴곡진 부분 사이에 고여 전극조립체의 함침에 기여하지 못하는 무용한 전해액이 캔 내부에 존재하게 되기 때문이다. 또한, 저면커버부(211)의 하면마저 굴곡진다면, 동일한 캔 사이즈 내에 수납될 전극조립체의 길이가 작아지게 되므로 전지 용량의 저하를 초래할 수도 있다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 하부테이프를 나타내는 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 절연성 하부테이프(200')는 전극조립체의 저면을 감싸는 저면커버부(211')와 상기 저면과 인접한 양 측면을 감싸는 측면커버부(215')를 포함하는 기재기판(210')과, 상기 기재기판(210')의 상기 측면커버부(215')에 도포된 접착층(220')을 구비하며, 상기 저면커버부(211')는 메시 형상으로 이루어지고, 상기 저면커버부(211')는 상기 측면커버부(215')보다 두껍게 형성된다.
측면커버부(215')의 두께는 하부테이프(200')가 전극조립체와 접착 고정될 수 있을 정도이기만 하면 족하다. 측면커버부(215')의 두께가 너무 두꺼우면, 전극조립체와 캔의 내벽 사이에 전기 발생에 무용한 공간을 발생토록 하므로 바람직하 지 않다. 이에 반해, 저면커버부(211')는 메시 형상의 홀에 전해액이 고일 수 있도록 일정 두께 이상일 것을 요한다. 따라서, 저면커버부(211')는 측면커버부(215')보다 두꺼운 것이 바람직하다.
따라서, 전극조립체의 측면을 따라 하방으로 흘러내린 전해액은 두껍게 형성된 메시 형상의 홀 부분에 고여, 전극조립체의 저면을 통한 상방으로의 전해액 확산이 용이해져, 전극조립체에 전해액이 충분히 함침될 수 있고, 또한 함침 시간이 단축될 수 있다.
본 발명에 의하면, 하부테이프 중 전극조립체의 저면을 감싸는 부분에 형성된 요철부로 인하여 전극조립체의 저면과 하부테이프가 서로 밀착되어 있지 않으므로, 전극조립체의 측면을 따라 하방으로 흘러내린 전해액은 상기 요철부 중 오목부에 고이거나 오목부 사이를 통해 측방으로 이동할 수 있게 된다. 따라서, 전극조립체의 저면을 통한 상방으로의 전해액 확산이 용이해져, 전극조립체에 전해액이 충분히 함침될 수 있고, 또한 함침 시간이 단축될 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 (12)

  1. 전극조립체; 상기 전극조립체와 전해액이 수용되는 캔; 상기 전극조립체의 적어도 저면을 감싸는 절연성 하부테이프; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함하는 이차전지에 있어서,
    상기 하부테이프는 상기 전극조립체의 저면을 감싸는 저면커버부와 상기 저면과 인접한 양 측면을 감싸는 측면커버부를 포함하는 기재기판과, 상기 기재기판의 적어도 일부에 도포된 접착층을 구비하며,
    상기 저면커버부는 요철부가 형성되고, 상기 저면커버부는 상기 측면커버부보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착층은 상기 측면커버부에만 도포된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 저면커버부에 다수의 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 홀은 상기 요철부 중 볼록부가 형성되지 않은 부분에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재기판 중 적어도 상기 저면커버부는 메시 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재기판 중 적어도 상기 저면커버부는 다공성 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 저면커버부의 하면은 평평한 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 1 항, 제 4 항 내지 8 항 및 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캔의 외형은 직육면체형인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 전극조립체; 상기 전극조립체와 전해액이 수용되는 캔; 상기 전극조립체의 하부를 감싸는 절연성 하부테이프; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함하는 이차전지에 있어서,
    상기 하부테이프는 상기 전극조립체의 저면을 감싸는 저면커버부와 상기 저면과 인접한 양 측면을 감싸는 측면커버부를 포함하는 기재기판과, 상기 기재기판의 상기 측면커버부에 도포된 접착층을 구비하며,
    상기 저면커버부는 메시 형상으로 이루어지고, 상기 저면커버부는 상기 측면커버부보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 이차전지.
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