WO2018056483A1 - 이차 전지 - Google Patents
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Definitions
- Embodiment of the present invention relates to a secondary battery that can reduce the defective rate while having a high output characteristics.
- the secondary battery Unlike the primary battery, the secondary battery repeatedly performs charging and discharging.
- small-capacity secondary batteries are used in small electronic devices that can be carried, such as mobile phones, laptops, camcorders, etc.
- large-capacity secondary batteries can be used in electric vehicles.
- Such secondary batteries include, for example, an electrode assembly having a charge / discharge function, a case accommodating the electrode assembly, and a cap assembly coupled to the case to prevent detachment of the electrode assembly.
- An embodiment of the present invention provides a secondary battery having high output characteristics and reducing a defective rate.
- a secondary battery includes a can, a cap assembly for sealing the can, a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, attached to the positive electrode plate, and the can or the An electrode assembly received inside the can, including an anode tab extending to either side of the cap assembly and a cathode tab attached to the cathode plate and extending to the other side of the can or cap assembly, wherein the cathode The tab may be made of nickel plated copper.
- the negative electrode tab may be plated with nickel over the entire area of the outer circumferential surface in the extending length direction thereof.
- the negative electrode tab may be plated such that nickel has a weight ratio of 1 wt% or less.
- the negative electrode tab may be plated with a thickness of 1.5 ⁇ m or less.
- the negative electrode tab may be further heat treated on its surface.
- the negative electrode tab may be further chromated on the surface thereof.
- the negative electrode tab may be further chamfered at least one corner.
- the negative electrode tab may have a chamfered surface in a flat surface.
- the negative electrode tab may be made of a curved surface chamfered surface.
- Embodiments of the present invention provide a secondary battery that the negative electrode tab is made of nickel-plated copper, which may have a higher output characteristic than that made of nickel alone, and may reduce a defective rate than that made of copper only.
- the chamfering process is performed at the corners of the negative electrode tab, thereby providing a secondary battery capable of improving the welding quality during resistance welding.
- FIG. 1 is a cutaway view illustrating a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a negative electrode tab of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a graph showing experimental data for comparing the dissolution potential when the negative electrode tab is made of only copper and nickel is plated copper.
- FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a negative electrode tab of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a negative electrode tab of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
- first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers, and / or parts, these members, parts, regions, layers, and / or parts are defined by these terms. It is obvious that not. These terms are only used to distinguish one member, part, region, layer or portion from another region, layer or portion. Accordingly, the first member, part, region, layer or portion, which will be described below, may refer to the second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
- FIG. 1 is a cutaway view illustrating a rechargeable battery 100 according to an embodiment of the present invention.
- the secondary battery 100 includes a can 110, an electrode assembly 120, a cap assembly 130, and a gasket 140.
- the can 110 may include a bottom surface 111 formed in a substantially circular shape and a sidewall 112 extending upward from the bottom surface 111 by a predetermined length. That is, the can 110 may be formed in a substantially cylindrical shape as shown in FIG. 1. Of course, the can 110 may be formed in a square different from that shown in FIG. 1. Meanwhile, an upper end of the can 110 may be formed in an open state so that the electrode assembly 120 and the electrolyte may be accommodated therein when the secondary battery 100 is assembled.
- the can 110 may be made of, for example, steel, steel alloy, aluminum, aluminum alloy, or an equivalent thereof. However, the material is merely a mere example, and the material of the can 110 is not limited thereto.
- the upper side of the side wall 112 of the can 110 prevents the bead portion 112a and the cap assembly 130 recessed into the can 110 to support the lower portion of the cap assembly 130 to be described later.
- the top of the cap assembly 130 to be crimped portion 112b may be formed.
- the electrode assembly 120 includes a positive electrode plate 121, a separator 122, a negative electrode plate 123, a positive electrode tab 124, and a negative electrode tab 125.
- the positive electrode plate 121 is formed by applying a positive electrode active material to a positive electrode current collector made of a metal foil.
- the positive electrode current collector may be made of aluminum, for example, and the positive electrode active material may be made of a transition metal oxide such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickel oxide (LiNiO 2), or lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4).
- the material is merely an example, and the material of the positive electrode plate 121 is not limited thereto.
- a portion of the positive electrode plate 121 is formed with a positive electrode uncoated portion 121a, which is a region where the positive electrode active material is not coated.
- the separator 122 is disposed between the positive electrode plate 121 and the negative electrode plate 123 to prevent a phenomenon in which the positive electrode plate 121 and the negative electrode plate 123 are shorted in contact with each other.
- the separator 122 serves as a passage for moving lithium ions, for example.
- Such a separator may be made of, for example, polyethylene (PE), polypropylene (PP), or a composite film of polyethylene and polypropylene.
- PE polyethylene
- PP polypropylene
- the material is also merely an example, and the material of the separator 122 is not limited thereto.
- the negative electrode plate 123 is formed by applying a negative electrode active material to a negative electrode current collector made of a metal foil.
- the negative electrode current collector may be made of, for example, copper or nickel, and the negative electrode active material may be made of, for example, carbon.
- the material is also merely an example, and the material of the negative electrode plate 123 is not limited thereto.
- a portion of the negative electrode plate 123 is also provided with a negative electrode non-coating portion 123a, which is a region where the negative electrode active material is not coated.
- the laminate composed of the positive electrode plate 121, the separator 122, and the negative electrode plate 123 is wound in the form of a jelly roll and is accommodated in the can 110 as mentioned above.
- the positive electrode tab 124 is made of a conductive material such as aluminum, one end of which is attached to the aforementioned positive electrode plain portion 121a, and the other end thereof typically extends toward the cap assembly 130 as shown in FIG. And may be coupled to 130. In this case the cap assembly 130 will act as an anode.
- the positive electrode tab 124 may be coupled to be electrically connected to the can 110 as shown in FIG. 1, but hereinafter, the positive electrode tab 124 may be coupled to the cap assembly 130 as shown in FIG. 1. This will be described as an example.
- the negative electrode tab 125 is also made of a conductive material, one end of which is attached to the negative electrode non-coating portion 123a mentioned above, and the other end thereof is typically the bottom surface of the can 110 by resistance welding as shown in FIG. 1. 111 may be extended to the can 110 to be coupled to the can 110. In this case, the can 110 acts as a cathode.
- the positive electrode tab 124 is coupled to the can 110 to be electrically connected as mentioned above
- the negative electrode tab 125 is correspondingly electrically connected to the cap assembly 130 as shown in FIG. 1. Will be combined.
- nickel has been proposed as a material of the negative electrode tab 125.
- nickel has a relatively high resistivity of about 69.3 n ⁇ ⁇ m, which adversely affects the secondary battery 100 having high output characteristics, and high heat may occur to inadequately deform the separator 122.
- copper having a lower resistivity than nickel has been proposed.
- copper can be easily eluted due to its low dissolution potential, which may cause fine short circuiting and increase the defective rate for dV and OCV.
- copper is brittle and relatively high in foreign matters due to burrs during processing, which may further increase the possibility of causing a short circuit and increasing the defective rate when the secondary battery 100 operates.
- the negative electrode tab 125 of the present invention is made of nickel plated copper.
- 2 is a cross-sectional view illustrating the negative electrode tab 125 of the secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view of the negative electrode tab 125 cut in a plane perpendicular to the length direction in which the negative electrode tab 125 extends.
- the negative electrode tab 125 has a structure in which a surface of copper is surrounded by nickel. That is, referring to FIG. 2, four surfaces, the upper surface, the lower surface, the right side, and the left side of copper, all have a structure surrounded by nickel.
- nickel is preferably plated on all four surfaces, nickel does not necessarily need to be plated on all four surfaces, and as shown in FIG. Or nickel may be plated only over the area of some of its faces. However, hereinafter, as illustrated in FIG. 2, nickel is plated on all four surfaces thereof as an example.
- nickel may be plated using an electrolytic plating method, an electroless plating method, or a mixed method.
- the secondary battery 100 may have more improved high output characteristics.
- nickel may be plated to have a weight ratio of about 1 wt% or less in order to have a high level of high power characteristic when the negative electrode tab 125 is made of pure copper.
- FIG. 3 is a graph showing experimental data for comparing the dissolution potential when the negative electrode tab 125 is made of copper only and nickel is made of copper plated with a thickness of about 1.5 ⁇ m. Referring to FIG. 3, when the negative electrode tab 125 is made of only copper, elution starts to proceed in a typical voltage range, whereas in the case of nickel plated copper, not only the voltage band but also a slightly higher voltage band. It can be seen that it does not elute.
- Table 1 is a measure of the defective rate when the negative electrode tab 125 is made of only copper and nickel is made of copper plated with a thickness of about 0.5 ⁇ m, about 1 ⁇ m and about 1.5 ⁇ m, respectively. In each case, a plurality of experiments were conducted, and the ratio of the number of defects detected to the total number was calculated.
- the overall defect rate was lower, from 2.01 to 0.25%, depending on the plated thickness. This supports that as mentioned above, when the negative electrode tab 125 is made of nickel plated copper, it is possible to prevent the copper from eluting.
- the thicker the nickel plated it can be seen that the failure rate is reduced more.
- an appropriate yield rate can be reached, so that nickel is plated to a thickness of about 1.5 ⁇ m or less in order to prevent an excessive increase in manufacturing cost as nickel is unnecessarily thick plated. Can be.
- the lower limit on the weight ratio or thickness on which the nickel is plated is not specifically specified.
- the surface of the negative electrode tab 125 may be further heat treated to obtain desired material properties, for example, to further increase the hardness.
- chromate treatment may be further performed to increase corrosion resistance.
- the cap assembly 130 is installed on the beading portion 112a of the can 110 to seal the can 110.
- the cap assembly 130 may include a cap up 131, a safety element 132, and a safety vent 133.
- the center of the cap up 131 is formed with a terminal portion 131a protruding upwardly convex so as to be electrically connected to an external circuit.
- a discharge port 131b for discharging the gas generated inside the can 110 is formed around the terminal portion 131a.
- the safety element 132 may be disposed under the cap up 131.
- the safety element 132 is a PTC (Positive Temperature Coefficient) element whose resistance increases as the temperature increases, and when the secondary battery 100 is overheated, the safety element 132 increases due to the increased resistance of the positive electrode tab 124 and the cap up of the electrode assembly 120. 131) serves to prevent the flow of current.
- PTC Positive Temperature Coefficient
- the safety vent 133 may be disposed under the safety element 132 to be electrically connected to the positive electrode tab 124 of the electrode assembly 120.
- the notch 133a is formed in the safety vent 133.
- the cap assembly 130 may further include an insulating sheet or an auxiliary plate between the cap up 131 and the safety element 132 or between the safety element 132 and the safety vent 133 as necessary.
- the gasket 140 is made of an insulating material and is installed between the can 110 and the cap assembly 130. As described above, the can 110 operates as a negative electrode, and the cap assembly 130 operates as a positive electrode, wherein the gasket 140 is short-circuited by contact between the can 110 and the cap assembly 130. Plays a role in preventing
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing a negative electrode tab 225 of a secondary battery according to another embodiment of the present invention
- Figure 5 is a cross-sectional view showing a negative electrode tab 325 of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
- the negative electrode tab 125 may be coupled to the bottom surface 111 of the can 110 by using a resistance welding method, in which case the negative electrode tab 125 includes copper having a low resistivity.
- the weld strength may be slightly weaker than that made with only. Increasing the current may increase the welding strength, but the unintentional energization occurs through the burr at the corner of the negative electrode tab 125, in particular in the process of processing the shape of the negative electrode tab 125, resulting in welding quality. The likelihood of this deterioration can also be increased.
- chamfer processing may be performed at the corners of the negative electrode tabs 225 and 325.
- the processed surface may be processed to be cut into a plane as shown in FIG. 4, or may be processed to be cut into a curved surface as shown in FIG. 5.
- the chamfering process may be performed for all edges of the negative electrode tabs 225 and 325, but may be made for edges parallel to the longitudinal direction in which the negative electrode tabs 225 and 325 extend, as shown in FIGS. 4 and 5. Unlike those shown in FIGS. 4 and 5, only some corners may be necessary.
- the processing sequence may be chamfered to the copper formed in the shape of the tab first, the edge may be cut and then plated with nickel, or nickel may be plated first to the copper and then chamfered.
- the form of such processing may vary depending on the individual design conditions.
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Abstract
본 발명의 실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 고출력 특성을 가지면서 불량률을 줄일 수 있는 이차 전지를 제공하는 데 있다. 이를 위해 본 발명은 캔, 상기 캔을 밀봉하기 위한 캡 조립체 및 양극 판, 음극 판, 상기 양극 판과 상기 음극 판 사이에 배치되는 세퍼레이터, 상기 양극 판에 부착되어 상기 캔 또는 상기 캡 조립체 중 어느 한 측으로 연장되는 양극 탭 및 상기 음극 판에 부착되어 상기 캔 또는 상기 캡 조립체 중 다른 한 측으로 연장되는 음극 탭을 포함하여, 상기 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체를 포함하되, 상기 음극 탭은 니켈이 도금된 구리로 이루어지는 이차 전지를 개시한다.
Description
본 발명의 실시예는 고출력 특성을 가지면서 불량률을 줄일 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와 달리 충전과 방전을 반복적으로 수행한다. 일반적으로 소용량의 이차 전지는 휴대폰, 노트북, 캠코더 등과 같이 휴대할 수 있는 소형 전자 기기에 이용되고, 대용량의 이차 전지는 전기 자동차 등에 이용될 수 있다. 이러한 이차 전지는 예컨대 충/방전 작용을 하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스 및 케이스에 결합되어 전극 조립체 등의 이탈을 방지하기 위한 캡 조립체를 포함한다.
한편 이차 전지의 활용도가 점차 넓어짐에 따라 고용량화/고출력화에 대한 요구가 늘어나고 있으며, 이와 함께 이차 전지가 만충될 때 전압이 떨어지는 정도나 OCV(Open Circuit Voltage)가 적정 기준치를 벗어나게 되는 등의 각종 불량률을 줄여야 할 필요성도 점차 커지고 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 발명의 실시예는 고출력 특성을 가지면서 불량률을 줄일 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 캔, 상기 캔을 밀봉하기 위한 캡 조립체 및 양극 판, 음극 판, 상기 양극 판과 상기 음극 판 사이에 배치되는 세퍼레이터, 상기 양극 판에 부착되어 상기 캔 또는 상기 캡 조립체 중 어느 한 측으로 연장되는 양극 탭 및 상기 음극 판에 부착되어 상기 캔 또는 상기 캡 조립체 중 다른 한 측으로 연장되는 음극 탭을 포함하여, 상기 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체를 포함하되, 상기 음극 탭은 니켈이 도금된 구리로 이루어질 수 있다.
또한 상기 음극 탭은 그 연장되는 길이 방향에 대한 외주면의 전체 면적에 걸쳐 니켈이 도금될 수 있다.
또한 상기 음극 탭은 니켈이 1wt% 이하의 중량 비를 갖도록 도금될 수 있다.
또한 상기 음극 탭은 니켈이 1.5μm 이하의 두께로 도금될 수 있다.
또한 상기 음극 탭은 그 표면에 열 처리가 더 이루어질 수 있다.
또한 상기 음극 탭은 그 표면에 크로메이트 처리가 더 이루어질 수 있다.
또한 상기 음극 탭은 적어도 하나의 모서리에 챔퍼 가공이 더 이루어질 수 있다.
또한 상기 음극 탭은 챔퍼 가공된 면이 평면으로 이루어질 수 있다.
또한 상기 음극 탭은 챔퍼 가공된 면이 곡면으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예는 음극 탭이 니켈이 도금된 구리로 이루어짐으로써, 니켈로만 이루어진 경우보다 고출력 특성을 가질 수 있는 한편, 구리로만 이루어진 경우보다 불량률을 줄일 수 있는 이차 전지를 제공한다.
또한 음극 탭의 모서리에 챔퍼 가공이 이루어짐으로써, 저항 용접 시 그 용접 품질을 높일 수 있는 이차 전지를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 절개도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 음극 탭을 도시한 횡단면도이다.
도 3은 음극 탭이 구리로만 이루어진 경우와 니켈이 도금된 구리로 이루어진 경우 그 용해 전위를 비교하기 위한 실험 자료를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 음극 탭을 도시한 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 음극 탭을 도시한 횡단면도이다.
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, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"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 이용될 수 있다. 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 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)를 도시한 절개도이다.
도 1을 참조하면 이차 전지(100)는 캔(110), 전극 조립체(120), 캡 조립체(130) 및 가스켓(140)을 포함한다.
캔(110)은 실질적인 원형으로 형성된 바닥 면(111)과 그 바닥 면(111)으로부터 상향으로 소정의 길이만큼 연장된 측벽(112)으로 이루어질 수 있다. 즉 캔(110)은 도 1에 도시된 바와 같이 실질적인 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 물론 캔(110)은 도 1에 도시된 바와 달리 각형으로 형성될 수도 있다. 한편 캔(110)의 상단은 이차 전지(100) 조립 시 그 내부에 전극 조립체(120)와 전해액 등이 수용될 수 있도록 개방된 상태로 형성될 수 있다.
이러한 캔(110)은 예컨대 스틸, 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 그 등가물로 이루어질 수 있다. 단 상기 재질은 단순한 예시에 불과하며, 여기서 캔(110)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한 캔(110)의 측벽(112) 중 상측에는 후술할 캡 조립체(130)의 하부를 지지하기 위해 캔(110)의 내부로 함몰된 비딩부(112a) 및 캡 조립체(130)의 이탈을 방지하기 위해 캡 조립체(130)의 상부를 덮도록 절곡되는 크림핑부(112b)가 형성될 수도 있다.
전극 조립체(120)는 양극 판(121), 세퍼레이터(122), 음극 판(123), 양극 탭(124) 및 음극 탭(125)을 포함한다.
양극 판(121)은 금속 포일과 같은 형태로 이루어진 양극 집전체에 양극 활물질을 도포하여 형성된다. 이러한 양극 집전체는 예컨대 알루미늄으로 이루어질 수 있고, 양극 활물질은 예컨대 리튬코발트산화물(LiCoO2), 리튬니켈산화물(LiNiO2) 또는 리튬망간산화물(LiMn2O4) 등과 같은 전이금속산화물로 이루어질 수 있다. 단 상기 재질은 단순한 예시에 불과하며, 여기서 양극 판(121)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
이때 양극 판(121) 중 일부에는 양극 활물질이 도포되지 않는 영역인 양극 무지부(121a)가 형성된다.
세퍼레이터(122)는 양극 판(121)과 음극 판(123) 사이에 배치되어, 양극 판(121)과 음극 판(123)이 서로 접하여 단락되는 현상을 방지하는 역할을 한다. 이와 함께 세퍼레이터(122)는 예컨대 리튬 이온이 이동하기 위한 통로의 역할을 한다.
이러한 세퍼레이터는 예컨대 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 또는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 단 상기 재질 역시 단순한 예시에 불과하며, 여기서 세퍼레이터(122)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
음극 판(123)은 금속 포일과 같은 형태로 이루어진 음극 집전체에 음극 활물질을 도포하여 형성된다. 이러한 음극 집전체는 예컨대 구리나 니켈로 이루어질 수 있고, 음극 활물질은 예컨대 탄소로 이루어질 수 있다. 단 상기 재질 역시 단순한 예시에 불과하며, 여기서 음극 판(123)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
이때 음극 판(123) 중 일부에도 음극 활물질이 도포되지 않는 영역인 음극 무지부(123a)가 형성된다.
이러한 양극 판(121), 세퍼레이터(122) 및 음극 판(123)으로 구성된 적층체는 젤리 롤(jelly roll)의 형태로 권취되어, 앞서 언급한 바와 같이 캔(110)의 내부에 수용된다.
양극 탭(124)은 알루미늄과 같은 도전성 재질로 이루어져, 일단은 앞서 언급한 양극 무지부(121a)에 부착되고, 타단은 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같이 캡 조립체(130) 측으로 연장되어 캡 조립체(130)에 결합될 수 있다. 이 경우 캡 조립체(130)는 양극으로서 작동하게 된다. 물론 양극 탭(124)은 도 1에 도시된 바와 달리 캔(110)과 전기적으로 연결되도록 결합될 수도 있으나, 이하에서는 도 1에 도시된 바와 같이 캡 조립체(130)와 전기적으로 연결되도록 결합되는 것을 예로서 설명하기로 한다.
음극 탭(125)도 도전성 재질로 이루어져, 일단은 앞서 언급한 음극 무지부(123a)에 부착되고, 타단은 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같이 저항 용접 방식에 의해 캔(110)의 바닥 면(111) 측으로 연장되어 캔(110)에 결합될 수 있다. 이 경우 캔(110)은 음극으로서 작동하게 된다. 물론 앞서 언급한 바와 같이 양극 탭(124)이 캔(110)과 전기적으로 연결되도록 결합된다면, 음극 탭(125)은 이에 대응하여 도 1에 도시된 바와 달리 캡 조립체(130)와 전기적으로 연결되도록 결합될 것이다.
한편 이러한 음극 탭(125)의 재질로서 니켈이 제안된 바 있다. 하지만 니켈은 비저항이 약 69.3nΩ·m로 비교적 높아 이차 전지(100)가 고출력 특성을 갖는 데에 불리하게 작용하고, 고열이 발생하여 세퍼레이터(122)가 부적절하게 변형될 수 있다.
또한 이에 대한 대안으로서 니켈보다 비저항이 작은 구리가 제안된 바 있다. 하지만 구리는 용해 전위가 낮아 쉽게 용출될 수 있으며, 이에 따라 미세 단락이 유발되고 dV와 OCV에 대한 불량률이 증가할 수도 있다. 더욱이 구리는 취성이 높아 가공 시 버(burr)로 인한 이물질이 상대적으로 많이 발생하게 되는데, 이는 이차 전지(100)가 작동할 때 미세 단락이 유발되고 상기 불량률이 증가할 가능성을 더욱 높일 수 있다.
이를 고려하여 본 발명의 음극 탭(125)은 니켈이 도금된 구리로 이루어진다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 음극 탭(125)을 도시한 횡단면도이다. 즉 도 2는 음극 탭(125)이 연장되는 길이 방향에 대해 수직인 면으로 음극 탭(125)을 절단한 단면도이다.
도 2를 참조하면 음극 탭(125)은 앞서 언급한 바와 같이 구리의 표면이 니켈에 의해 둘러싸인 구조를 갖는다. 즉 도 2를 기준으로 본다면 구리의 상면, 하면, 우측면 및 좌측면인 4개의 면이 모두 니켈에 의해 둘러싸인 구조를 갖게 된다. 비록 상기 4개의 면 전체에 니켈이 도금되는 것이 바람직하지만, 반드시 상기 4개의 면 전체에 니켈이 도금되어야만 하는 것은 아니며, 필요에 따라 도 2에 도시된 바와 달리 상기 4개의 면 중 어느 일부의 면에만 또는 그 면 중 일부의 면적에 걸쳐서만 니켈이 도금될 수도 있을 것이다. 다만 이하에서는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 4개의 면 전체에 니켈이 도금되는 것을 예로서 설명하기로 한다.
이때 니켈은 전해 도금 방식, 무전해 도금 방식 또는 이를 혼용한 방식을 이용하여 도금될 수 있다.
이에 의하면 음극 탭(125)이 니켈로만 이루어진 경우보다 비저항이 작아지게 되므로 이차 전지(100)가 보다 향상된 고출력 특성을 가질 수 있다. 이때 음극 탭(125)이 순수한 구리로 이루어진 경우에 상응하는 수준의 고출력 특성을 갖기 위해 니켈은 약 1wt% 이하의 중량 비를 갖도록 도금될 수 있다.
또한 이에 따르면 구리의 표면이 노출되지 않기 때문에 구리가 용출되는 현상을 방지할 수 있다. 이는 도 3을 통해서도 확인할 수 있다. 도 3은 음극 탭(125)이 구리로만 이루어진 경우와 니켈이 약 1.5μm의 두께로 도금된 구리로 이루어진 경우 그 용해 전위를 비교하기 위한 실험 자료를 도시한 그래프이다. 도 3을 참조하면 음극 탭(125)이 구리로만 이루어진 경우에는 통상적인 사용 전압대에서 용출이 진행되기 시작하는 반면, 니켈이 도금된 구리로 이루어진 경우에는 상기 전압대뿐만 아니라 그보다 다소 높은 전압대에서도 용출되지 않음을 알 수 있다.
한편 표 1은 음극 탭(125)이 구리로만 이루어진 경우와 니켈이 각각 약 0.5μm, 약 1μm 및 약 1.5μm 의 두께로 도금된 구리로 이루어진 경우 그 불량률을 측정한 자료이다. 각각의 경우마다 복수 회의 실험을 실시하였으며, 전체 개수에 대한 불량이 검출된 개수의 비율을 계산하였다.
구리 | 약 0.5μm 도금 | 약 1μm 도금 | 약 1.5μm 도금 | |||||
전체 | 8,483개 | 249개 | 420개 | 399개 | ||||
구분 | 불량 | 불량률 | 불량 | 불량률 | 불량 | 불량률 | 불량 | 불량률 |
고온 후 OCV | 37개 | 0.44% | 3개 | 1.20% | 1개 | 0.24% | 0개 | 0.00% |
OCV3 | 32개 | 0.38% | 1개 | 0.40% | 3개 | 0.71% | 0개 | 0.00% |
dV | 118개 | 1.39% | 1개 | 0.40% | 1개 | 0.24% | 1개 | 0.25% |
계 | 187개 | 2.20% | 5개 | 2.01% | 5개 | 1.19% | 1개 | 0.25% |
표 1을 참조하면 음극 탭(125)이 구리로만 이루어진 경우는 전체 불량률([계]=[고온 후 OCV]+[OCV3]+[dV])이 2.20%로 비교적 높게 나타났다. 반면 니켈이 도금된 구리로 이루어진 경우는 도금된 두께에 따라 전체 불량률이 2.01 내지 0.25%로 더 낮게 나타났다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 음극 탭(125)이 니켈이 도금된 구리로 이루어지면 구리가 용출되는 현상을 방지할 수 있음을 뒷받침한다.
또한 표 1을 참조하면 니켈이 더 두껍게 도금될수록 그 불량률이 더 줄어들게 됨을 알 수 있다. 다만 니켈이 약 1.5μm의 두께로 도금되면 적정한 양품률에 도달할 수 있으므로, 니켈이 불필요하게 두껍게 도금됨에 따라 그 제조 비용이 과도하게 상승하는 것을 막기 위해, 니켈은 약 1.5μm 이하의 두께로 도금될 수 있다.
한편 일단 니켈이 도금되면 음극 탭(125)이 구리로만 이루어진 경우보다 상기 불량률이 더 줄어들 수 있으므로, 니켈이 도금되는 중량 비나 두께에 대한 하한은 구체적으로 특정하지 않기로 한다.
나아가 음극 탭(125)의 표면에는 원하는 재료적 특성을 얻기 위해, 예컨대 경도를 더욱 높이기 위해 열 처리가 더 이루어질 수 있다. 또한 내부식성을 높이기 위해 크로메이트(chromate) 처리가 더 이루어질 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면 캡 조립체(130)는 캔(110)의 비딩부(112a) 상에 설치되어 캔(110)을 밀봉한다. 이러한 캡 조립체(130)는 캡 업(131), 안전 소자(132) 및 안전 벤트(133)를 포함할 수 있다.
캡 업(131)의 중앙에는 외부 회로에 전기적으로 접속될 수 있도록 위로 볼록하게 돌출된 단자부(131a)가 형성된다. 또한 그 단자부(131a)의 주변으로는 캔(110)의 내부에서 발생한 가스가 배출되기 위한 배출구(131b)가 형성된다.
안전 소자(132)는 캡 업(131)의 아래에 배치될 수 있다. 안전 소자(132)는 온도가 높아질수록 저항이 커지는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자로서, 이차 전지(100)가 과열될 경우 커진 저항으로 인해 전극 조립체(120)의 양극 탭(124)과 캡 업(131) 사이에 전류가 흐르지 못하도록 하는 역할을 한다.
안전 벤트(133)는 안전 소자(132)의 아래에 배치되어 전극 조립체(120)의 양극 탭(124)과 전기적으로 연결될 수 있다. 안전 벤트(133)에는 노치(133a)가 형성되는데, 캔(110)의 내부에서 발생한 가스가 안전 벤트(133)에 압력을 가하게 되면 안전 벤트(133)는 노치(133a)를 따라 파단된다. 이때 그 파단 된 틈 사이를 통해 가스가 배출되어 이차 전지(100)가 과도한 압력으로 폭발하는 것을 방지할 수 있다.
이러한 캡 조립체(130)는 필요에 따라 캡 업(131)과 안전 소자(132) 사이 또는 안전 소자(132)와 안전 벤트(133) 사이에 절연 시트나 보조 플레이트 등을 더 포함할 수도 있다.
가스켓(140)은 절연성 소재로 이루어져 캔(110)과 캡 조립체(130) 사이에 설치된다. 앞서 설명한 바에 따르면 캔(110)은 음극으로서 작동하게 되며, 캡 조립체(130)는 양극으로서 작동하게 되는데, 이때 가스켓(140)은 캔(110)과 캡 조립체(130)가 접촉함으로써 단락되는 현상을 방지하는 역할을 한다
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 음극 탭(225)을 도시한 횡단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 음극 탭(325)을 도시한 횡단면도이다.
앞서 언급한 바와 같이 음극 탭(125)은 저항 용접 방식을 이용하여 캔(110)의 바닥 면(111)에 결합될 수 있는데, 이때 음극 탭(125)이 비저항이 작은 구리를 포함하게 됨에 따라 니켈로만 이루어진 경우보다 용접 강도가 다소 약화될 수 있다. 이에 전류를 높이게 되면 용접 강도는 높아질 수 있겠지만, 음극 탭(125)의 모서리, 특히 음극 탭(125)의 형상을 가공하는 과정에서 발생하게 되는 그 모서리의 버를 통해 의도치 않은 통전이 일어나 용접 품질이 저하될 가능성도 함께 높아질 수 있다.
이를 방지하기 위해 음극 탭(225, 325)의 모서리에는 챔퍼(chamfer) 가공이 이루어질 수 있다.
이때 그 가공된 면은 도 4에 도시된 바와 같이 평면으로 절삭되도록 가공될 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 곡면으로 절삭되도록 가공될 수도 있다.
또한 챔퍼 가공은 음극 탭(225, 325)의 모든 모서리에 대해 이루어질 수도 있으나, 도 4와 5에 도시된 바와 같이 음극 탭(225, 325)이 연장되는 길이 방향과 나란한 모서리에 대해 이루어질 수도 있고, 도 4와 5에 도시된 바와 달리 필요한 일부 모서리에 대해서만 이루어질 수도 있다.
한편 그 가공 순서는 탭의 형상으로 성형된 구리에 먼저 챔퍼 가공을 하여 그 모서리를 절삭한 후에 니켈을 도금할 수도 있고, 그 구리에 니켈을 먼저 도금한 후에 챔퍼 가공을 할 수도 있을 것이다.
즉 이러한 가공의 형태는 개별적인 설계 조건에 따라 달라질 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차전지를 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.
Claims (9)
- 캔,상기 캔을 밀봉하기 위한 캡 조립체 및양극 판, 음극 판, 상기 양극 판과 상기 음극 판 사이에 배치되는 세퍼레이터, 상기 양극 판에 부착되어 상기 캔 또는 상기 캡 조립체 중 어느 한 측으로 연장되는 양극 탭 및 상기 음극 판에 부착되어 상기 캔 또는 상기 캡 조립체 중 다른 한 측으로 연장되는 음극 탭을 포함하여, 상기 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체를 포함하되,상기 음극 탭은 니켈이 도금된 구리로 이루어지는 이차 전지.
- 제1항에 있어서,상기 음극 탭은 그 연장되는 길이 방향에 대한 외주면의 전체 면적에 걸쳐 니켈이 도금되는 이차 전지.
- 제1항에 있어서,상기 음극 탭은 니켈이 1wt% 이하의 중량 비를 갖도록 도금되는 이차 전지.
- 제1항에 있어서,상기 음극 탭은 니켈이 1.5μm 이하의 두께로 도금되는 이차 전지.
- 제1항에 있어서,상기 음극 탭은 그 표면에 열 처리가 더 이루어지는 이차 전지.
- 제1항에 있어서,상기 음극 탭은 그 표면에 크로메이트 처리가 더 이루어지는 이차 전지.
- 제1항에 있어서,상기 음극 탭은 적어도 하나의 모서리에 챔퍼 가공이 더 이루어지는 이차 전지.
- 제7항에 있어서,상기 음극 탭은 챔퍼 가공된 면이 평면으로 이루어지는 이차 전지.
- 제7항에 있어서,상기 음극 탭은 챔퍼 가공된 면이 곡면으로 이루어지는 이차 전지.
Priority Applications (7)
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