KR100377949B1 - 전지 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지 조립체에 관한 것으로, 양극탭(111) 및 음극탭(121)에 각각 접속되는 양극 리드단자(131) 및 음극 리드단자(132)를 구비하며 극판 조립체(100)를 압착 내장하면서 실링(sealing)하는 다수 개의 구멍(141)이 뚫려져 있는 고분자 필름(140)을 제공하므로써 조립공정이 더욱 용이하고 양전극판(110)들 및 음전극판(120)들 상호간의 결합력이 좋아져 생산성, 조립성 및 기능이 크게 향상되고, 고분자 필름(140)에 다수 개의 구멍(141)을 뚫어 양전극판(110)들과 음전극판(120)들의 상호 작용에 의하여 발생될 수 있는 가스를 용이하게 분출시킬 수 있으며, 양극탭(111) 및 음극탭(121)에 각각 접속된 양극 리드단자(131) 및 음극 리드단자(132) 상의 고분자 필름(140)을 압착 지지하는 보강편(150)을 더 포함하여 그 접속부위의 결속력을 한층 향상시킬 수 있는 유용한 발명이다.

Description

전지 조립체{BATTERY ASSEMBLY}

본 발명은 전지 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극탭 및 음극탭에 각각 접속되는 양극 리드단자 및 음극 리드단자를 구비하며 극판 조립체를 압착 내장하면서 실링(sealing)하는 고분자 필름(PE, PP, HDPE, LDPE, LLDPE)을 제공하여 제품의 조립공정을 더욱 좋게 할 수 있고 양전극판들 및 음전극판들 상호간의 결합력을 증진시킬 수 있으며 Al-layer film과의 결착력을 증진시켜 전지의 밀봉상태를 향상시킬 수 있는 전지 조립체에 관한 것이다.

통상적으로 리튬 배터리는 내부에 들어있는 화학물질(활물질; active material)의 화학 에너지를 전기 화학적 산화-환원반응(electrochemical oxidation-reduction reaction)을 통하여 전기 에너지(electrical energy)로 변환하는 장치이다. 리튬 배터리는 두 개 이상의 전기 화학적 셀(cell)의 집합체를 나타내지만, 보통 단위 전지(single cell)에도 사용되고 있다. 이러한 리튬 배터리는 화학반응대신 전기 화학반응이 일어나 전자가 도선을 통하여 외부로 빠져나갈 수 있도록 이루어져 있으며, 도선을 통하여 흐르는 전자는 전기 에너지의 원천이 되어 전기적인 유용함을 제공한다.

구체적으로 리튬 배터리는 양극(cathode or positive electrode)과 음극(anode or negative electrode)이라는 활물질 들을 가지고 있고,분리막(separator)에 의해 서로 떨어져 있으며, 또한 두 전극사이의 이온 전달을 가능하게 하는 전해질(electrolyte)에 담겨져 있다. 전등, 기계 및 기구 등을 작동하기 위해서는 리튬 배터리의 두 전극 사이에 충분한 전압과 전류가 생성될 수 있도록 적절한 전극물질과 전해질이 선정되어 특별한 구조로 배열되어져야 한다.

예를 들어, 외부 도선으로부터 전자를 받아 양극 활물질이 환원되는 양극과, 음극 활물질이 산화되면서 도선으로 전자를 방출하는 음극, 그리고 양극의 환원반응 및 음극의 산화반응이 화학적 조화를 이루도록 물질의 이동을 가능하게 하는 전해질, 더불어 양극과 음극의 물리적 접촉 방지를 위한 세퍼레이터 등이 상호 작용되어 화학적 에너지를 전기적 에너지로 제공할 수 있도록 배열되어야 하는 것이다.

이와 같이 배열된 리튬 배터리의 음극은 기본적으로 전자를 내어주고 자신은 산화되며, 양극은 전자를 받아(양이온과 함께) 자신은 환원되어 리튬 배터리가 외부 부하와 연결되어 작동할 때 두 전극은 각각 전기 화학적으로 변화를 일으켜 전기적인 일을 하게 된다.

이때, 음극의 산화반응에 의해 생성된 전자는 외부 부하를 경유하여 양극으로 이동하고 양극에 이르러 양극 물질과 환원반응을 일으켜, 전해질 내에서 음극과 양극 방향으로의 anion(negative ion)과 cation(positive ion)의 물질이동에 의한 전하의 흐름을 완성한다. 이렇게 전해질 내부에서는 외부도선에서 계속해서 전하가 흐르도록 반응을 일으키고 이에 힘입어 그 전하로의 전기적인 일을 하게 되는 것이다.

리튬 배터리는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로는 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 배터리, 고분자 전해질을 사용하는 경우는 리튬 폴리머 배터리라고 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 전지 조립체를 나타내는 분해 사시도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 전지 조립체를 나타내는 단면도로서, 1998년 09월 29일자 출원된 제10-1998-040471호의 선행기술의 실시예이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 전지 조립체(50)는 하부 케이스(62)의 공간부(61)를 밀폐하는 상부 케이스(63)로 된 케이스(60)에 극판 조립체(51)가 수납되어 이루어진다.

전지 조립체(50)는 양전극판(52)들과 음전극판(54)들이 세퍼레이터(56)를 사이에 두고 교호로 적층된 극판 조립체(51)와, 이 극판 조립체(51)에 연결된 양극단자(57) 및 음극단자(58)를 포함한다.

상기 양극단자(57)는 양전극판(52)들의 일측 단부로부터 소정길이 연장되며 세퍼레이터(56)들에 의해 음전극판(54)들과 절연된 극판 조립체(51)에 밀착되어 상호 통전된 양극탭(53)에 접속되고, 상기 음극단자(58)는 음전극판(54)들의 타측 단부로부터 소정길이 연장되며 세퍼레이터(56)들에 의해 양전극판(52)과 절연된 극판 조립체(51)의 측면에 밀착되어 상호간에 통전된 음극탭(55)에 접속된다.

이때, 양극탭(53) 및 음극탭(55)은 극판 조립체(51)의 측면에 밀착되어 극판 조립체(51)의 상면 가장자리까지 연장되고, 극판 조립체(51)는 절연부재(59)로 감싸여지며 양극탭(53) 및 음극탭(55)은 절연부재(59)에 의해 감싸여진 극판 조립체(51)의 상면에 위치되도록 한다.

그리고, 절연부재(59)에 의해 감싸여진 극판 조립체(51)를 테이프(T)로 테이핑처리하여 양전극판(52) 및 음전극판(54) 상호간의 긴밀한 결합을 유지할 수 있도록 한다.

여기서, 양극단자(57) 및 음극단자(58)는 절연부재(59)에 의해 감싸여진 극판 조립체(51)의 상면에 위치된 양극탭(53) 및 음극탭(55)에 용접되어 전지 조립체(50)를 완성할 수 있게 되고, 이와 같은 구조로 된 전지 조립체(50)는 케이스(60)의 공간부(61)에 밀착 수납되어 양극탭(53) 및 음극탭(54)의 삽입공간을 줄일 수 있게 되어 단위 체적당 에너지 밀도를 높일 수 있는 제안이다.

그런데, 이와 같이 이루어진 전지 조립체(50)는 비교적 약한 재질의 양극탭(53) 및 음극탭(55)을 절연부재(59)에 의해 감싸여진 극판 조립체(51)의 상면에 위치되도록 굽히는 공정이 필요하고, 또한 양극단자(57) 및 음극단자(58)를 양극탭(53) 및 음극탭(55)에 별도로 용접하는 공정이 요구되어 용접공정상의 어려움과 훼손의 가능성이 잠재되어 있으며, 양전극판(52)들 및 음전극판(54)들 상호간의 결합력을 긴밀하게 유지할 수 있도록 절연부재(59)에 의해 감싸여진 극판 조립체(51)를 별도로 테이핑처리하는 테이프(T)가 필요로 하여 제조공정상의 어려움과 생산성 및 조립성이 좋지 못하는 단점이 노정되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 극판 조립체의 양극탭 및 음극탭에 각각 접속되는 양극 리드단자 및 음극 리드단자를구비하여 극판 조립체를 긴밀하게 실링(sealing)하는 고분자 필름을 제공하여 조립공정을 더욱 좋게 할 수 있고, 양전극판들 및 음전극판들 상호간의 결합력을 향상시킬 수 있으며 양전극판들과 음전극판들의 상호 작용에 의하여 발생되는 가스를 용이하게 분출시킬 수 있으며 Al-layer film과의 결착력을 증진시켜 전지의 밀봉상태를 향상시킬 수 있는 전지 조립체를 양산함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전지 조립체를 나타내는 분해 사시도.

도 2는 종래 기술에 따른 전지 조립체를 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 전지 조립체를 나타내는 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 전지 조립체를 나타내는 단면도.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 전지 조립체를 제조하는 과정을 설명하기 위한 공정도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 극판 조립체 110 : 양전극판

111 : 양극탭 112 : 양극 집전체

120 : 음전극판 121 : 음극탭

122 : 음극 집전체 131 : 양극 리드단자

132 : 음극 리드단자 140 : 고분자 필름

141 : 구멍 150 : 보강편

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

양극탭을 갖는 양전극판들과 음극탭을 갖는 음전극판들이 세퍼레이터를 사이에 두고 교호로 적층된 극판 조립체를 포함하여 이루어진 전지 조립체에 있어서,

상기 양극탭 및 음극탭에 각각 접속되는 양극 리드단자 및 음극 리드단자를 구비하며 상기 극판 조립체를 압착 내장하면서 실링(sealing)하는 고분자 필름을 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 전지 조립체의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 전지 조립체를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전지 조립체를 나타내는 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전지 조립체는 양전극판(110)들과 음전극판(120)들이 세퍼레이터를 사이에 두고 교호로 적층된 극판 조립체(100)를 포함하고, 양전극판(110)들은 양극탭(111)을 가지고 음전극판(120)들 역시 음극탭(121)을 갖는다.

상기 양극탭(111) 및 음극탭(121)은 양전극판(110)들 및 음전극판(120)들로부터 부분적으로 돌출되어 평행한 상태를 그대로 유지하고, 양극탭(111) 및 음극탭(121)은 그 각각의 사이에 양극 리드단자(131) 및 음극 리드단자(132)가 끼워져 접속된다.

이때, 양극 리드단자(131) 및 음극 리드단자(132)는 극판 조립체(100)를 압착 내장하면서 실링(sealing)하는 고분자 필름(140)에 각각 수납되어 양극탭(111) 및 음극탭(121)과의 접속을 이룬다.

여기서, 극판 조립체(100)를 압착 내장하면서 실링하는 고분자 필름(140)에 의하여 양극탭(111) 및 음극탭(121) 그리고 양극 리드단자(131) 및 음극 리드단자(132) 상호간의 접속은 자연스럽게 끼워지면서 조립될 수 있고, 고분자 필름(140)의 압착 실링은 양전극판(110)들 및 음전극판(120)들 상호간의 간격을 밀착시키는 작용을 함께 병행하여 외부의 충격 또는 내부의 가스작용에 의한 상호간의 탈리 및 이격되는 현상으로 인하여 저하될 수 있는 전지의 성능을 개선한다.

그리고, 극판 조립체(100)를 압착 내장하는 고분자 필름(140)은 양전극판(110)들과 음전극판(120)들의 상호 작용에 의하여 발생될 수 있는 가스를 분출시키기 위한 다수 개의 구멍(141)을 포함하여 가스 폭발의 위험을 미연에 방지한다.

또한, 양극탭(111) 및 음극탭(121)에 각각 접속된 양극 리드단자(131) 및 음극 리드단자(132) 상호간의 긴밀한 접속을 위하여 그 접속부위에 위치하는 고분자 필름(140)의 외주면에는 보강편(150)이 씌워져 접속력을 극대화시킨다.

상술한 바와 같은 구조로 된 본 발명에 따른 전지 조립체의 조립과정을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 전지 조립체를 제조하는 과정을 설명하기 위한 공정도이다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이 양극 집전체(112; 예를 들면 알루미늄 포일)의 표면에 양극 슬러리를 부착하여 제조된 양전극판(110)과, 음극 집전체(122; 예를 들어 구리 포일)의 표면에 음극 슬러리를 부착하여 제조된 음전극판(120)을 세퍼레이터를 사이에 두고 교호로 적층하여 극판 조립체(100)를 완성한 후, 도 5b에 도시된 바와 같이 미리 준비된 양극 리드단자(131) 및 음극 리드단자(132)가 세팅된 고분자 필름(140)을 상호 맞추면서 끼워 넣는다.

이때, 양극 리드단자(131) 및 음극 리드단자(132)는 극판 조립체(100)로부터 평행하게 돌출된 양극탭(111) 및 음극탭(121) 사이에 각각 자연스럽게 끼워지게 되고, 도 5c에 도시된 바와 같이 고분자 필름(140)을 압착 실링하므로써 양전극판(110)들 및 음전극판(120)들로 이루어진 극판 조립체(100)는 상호 긴밀하게 밀착되어질 수 있게 된다.

그 후, 양극탭(111)과 양극 리드단자(131) 상호간, 더불어 음극탭(121)과 음극 리드단자(132) 상호간의 접속력을 극대화시키기 위하여 보강편(150)을 각각 끼움으로써 전지 조립체를 완성할 수 있고, 이와 같이 조립된 전지 조립체는 Al-layer film(미 도시됨)에 의하여 재 실링된 후 그에 대응하는 케이스(미 도시됨)에 수납되므로써 조립을 완료할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 전지 조립체는 고분자 필름(140)을 이용하여 극판 조립체(100)를 압착 실링하므로써 양전극판(110)들 및 음전극판(120)들이 더욱 긴밀하게 밀착되어질 수 있고, 양극탭(111)과 양극 리드단자(131), 그리고 음극탭(121)과 음극 리드단자(132) 상호간이 고분자 필름(140)의 실링과정에서 자연스럽게 상호 접속될 수 있게 되어 제조공정이 용이하며, 보강편(150)에 의한 접속력의 극대화로 보다 안전한 전지의 기능을 기대할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 전지 조립체에 의하면, 양극탭(111) 및 음극탭(121)에 각각 접속되는 양극 리드단자(131) 및 음극 리드단자(132)를 구비하여 극판 조립체(100)를 압착 내장하면서 실링(sealing)하는 고분자 필름(140)을 제공하므로써 조립공정이 더욱 용이하고 양전극판(110)들 및 음전극판(120)들 상호간의 결합력이 좋아져 생산성, 조립성 및 기능이 크게 향상되는 효과가 있다.

또한, 고분자 필름(140)에 다수 개의 구멍(141)을 뚫어 양전극판(110)들과 음전극판(120)들의 상호 작용에 의하여 발생될 수 있는 가스를 용이하게 분출시킬 수 있으며, 양극탭(111) 및 음극탭(121)에 각각 접속된 양극 리드단자(131) 및 음극 리드단자(132) 상의 고분자 필름(140)을 압착 지지하는 보강편(150)을 더 포함하여 그 접속부위의 결속력이 한층 향상되는 유용함이 있다.

Claims (3)

1. 양극탭(111)을 갖는 양전극판(110)들과 음극탭(121)을 갖는 음전극판(120)들이 세퍼레이터를 사이에 두고 교호로 적층된 극판 조립체(100)를 포함하여 이루어진 전지 조립체에 있어서,

   상기 양극탭(111) 및 음극탭(121)에 각각 접속되는 양극 리드단자(131) 및 음극 리드단자(132)를 구비하며 상기 극판 조립체(100)를 압착 내장하면서 실링(sealing)하는 고분자 필름(140)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지 조립체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고분자 필름(140)은 상기 양전극판(110)들과 음전극판(120)들의 상호 작용에 의하여 발생되는 가스를 분출시키기 위한 다수 개의 구멍(141)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지 조립체.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 양극탭(111) 및 음극탭(121)에 각각 접속된 양극 리드단자(131) 및 음극 리드단자(132) 상의 고분자 필름(140)을 압착 지지하여 상호간의 접속을 강화시키는 보강편(150)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지 조립체.