KR101717643B1 - 이차 전지용 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지 - Google Patents
이차 전지용 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 이차 전지용 전극 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 집전체의 적어도 일면에 전극 활물질이 코팅되어 형성된 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하고, 상기 전극 집전체는 활물질이 코팅되지 않고 돌출된 무지부를 포함하고, 상기 무지부는 탭 용접부 및 상기 탭 용접부와 이격되어 형성된 전압 측정부를 포함함으로써, 전압 측정의 신뢰성을 높일 수 있는 이차 전지용 전극 조립체에 관한 것이다.
Description
본 발명은 이차 전지용 전극 조립체에 관한 것으로서, 전극의 전압 측정의 신뢰성을 향상시킨 이차 전지용 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지에 관한 것이다.
통상적으로, 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지를 예로 들 수 있다. 이 중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동 차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.
통상적으로 이차 전지는, 다공성의 양극 집전체 및 음극 집전체와 세퍼레이터가 서로 번갈아 가며 겹쳐 진 형태로 이루어진 전극 조립체와, 상기 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 셀 외장재로 이루어져 있다. 이러 한 배터리 셀은, 셀 외장재의 형태에 따라 캔(can)형 배터리 셀 혹은 파우치(pouch)형 배터리 셀로 구분되기도 한다.
이러한 이차 전지는 고출력을 구현하기 위해 복수의 전극 집전체들을 직렬 또는 병렬로 연결한 배터리 모듈로 구성되며, 이러한 배터리 모듈은 각 집전체 전극의 전압을 측정하기 위해 전압 측정부를 포함하게 된다.
이 때, 별도로 전압 측정 수단을 부가하는 경우, 외부의 충격으로부터 부품이 쉽게 떨어져 나가는 문제가 있었으며, 추가 공정을 거쳐야 하므로 생산 효율이 저하되는 문제가 있었다.
한편, 별도의 측정 수단을 부가하는 대신, 각 집전체의 전극 리드에서 전극탭과 연결(용접)되지 않은 부분을 전압 측정부로 사용하는 방법도 제안되었으나, 이 경우에 용접부를 제외한 리드의 면적이 작아 전압 측정이 용이하지 않았으며, 전극탭의 영향으로 전압 측정의 신뢰성이 저하될 수 있어, 보다 정확한 측정을 위해 전극탭과의 전극을 분리하여야 하는 등 문제가 있었다.
본 발명은 전압 측정의 신뢰성을 향상시킨 이차 전지용 전극 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 전극 조립체를 구비하는 이차 전지를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
1. 전극 집전체의 적어도 일면에 전극 활물질이 코팅되어 형성된 양극판과 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 분리막을 포함하고,
상기 전극 집전체는 활물질이 코팅되지 않고 돌출된 무지부를 포함하고,
상기 무지부는 탭 용접부 및 상기 탭 용접부와 이격되어 형성된 전압 측정부를 포함하는, 이차 전지용 전극 조립체.
2. 위 1에 있어서, 상기 전압 측정부는 상기 탭 용접부보다 길이가 짧은, 이차 전지용 전극 조립체.
3. 위 1에 있어서, 상기 탭 용접부와 상기 전압 측정부는 상기 무지부가 전극 활물질이 코팅된 영역으로부터 소정 간격을 두고 분리되어 형성되는, 이차 전지용 전극 조립체.
4. 위 3에 있어서, 상기 소정 간격 부분은 분리막에 의해 덮이는 부분인, 이차 전지용 전극 조립체.
5. 위 1에 있어서, 상기 전극 조립체는 복수의 양극, 음극 및 분리막이 적층된 것인, 이차 전지용 전극 조립체.
6. 위 1 내지 5 중 어느 한 항의 전극 조립체를 구비하는 이차 전지.
본 발명의 이차 전지용 전극 조립체는 이차 전지에서 전극의 분리 없이 저 전압이 발생한 전극을 측정할 수 있게 하여, 전압 측정의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체(10)를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 이자 전지용 전극 조립체(10)에 포함되는 전극 집전체의 일부를 확대한 도면이다.
도 2는 본 발명의 이자 전지용 전극 조립체(10)에 포함되는 전극 집전체의 일부를 확대한 도면이다.
본 발명은 이차 전지용 전극 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 집전체의 적어도 일면에 전극 활물질이 코팅되어 형성된 양극판과 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 분리막을 포함하고, 상기 전극 집전체는 활물질이 코팅되지 않고 돌출된 무지부를 포함하고, 상기 무지부는 탭 용접부 및 상기 탭 용접부와 이격되어 형성된 전압 측정부를 포함함으로써, 전압 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차 전지용 전극 조립체에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 고출력을 구현하기 위해 복수의 전극 집전체들을 직렬 또는 병렬로 연결한 배터리 모듈로 구성되며, 이러한 배터리 모듈은 각 집전체 전극의 전압을 측정하기 위해 전압 측정부를 포함하게 된다. 이 때, 별도로 전압 측정 수단을 부가하는 경우, 외부의 충격으로부터 쉽게 떨어져 나가는 문제가 있었으며, 추가 공정을 거쳐야 하므로 생산 효율이 저하되는 문제가 있었다. 한편, 별도의 측정 수단을 부가하는 대신, 각 집전체의 전극 리드에서 전극탭과 연결(용접)되지 않은 부분을 전압 측정부로 사용하였는데, 이 경우에는 용접부를 제외한 리드부의 면적이 작아 전압 측정이 용이하지 않았다. 또한, 전극탭의 영향으로 전압 측정의 신뢰성이 저하될 수 있어, 보다 정확한 측정을 위해 전극탭과의 전극을 분리하여야 하는 등의 문제가 있었다.
이에, 본 발명은 전극 집전체를 특정 구조로 형성함으로써, 전압 측정부를 일체로 형성함과 동시에 전극탭과의 영향을 차단하여 전압 측정의 신뢰성 및 생산성을 향상시킬 수 있게 하였다.
이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체(10)를 개략적으로 나타낸 것이며, 도 2는 본 발명의 이자 전지용 전극 조립체(10)에 포함되는 전극 집전체의 일부를 확대한 도면이다.
본 발명에 따른 이차 전지용 전극 조립체(10)는 전극 집전체의 적어도 일면에 활물질이 도포된 양극판 및 음극판과 이들 사이에 개재된 분리막을 포함한다.
전극판(양극판 또는 음극판, 200)은 전극 집전체 상에 전극 활물질을 도포하여 제조되는데, 전극 집전체 상에 전극 활물질이 코팅된 부분(300)과, 전극 집전체에서 전극 활물질이 코팅되지 않은 무지부(500)를 포함한다.
도 2를 참고하면, 상기 무지부는(500)는 전극 집전체에서 활물질이 도포된 부분(300)으로부터 돌출된 모양으로 형성되며, 탭 용접부(510), 상기 탭 용접부(510)와 이격되어 형성된 전압 측정부(520)를 포함한다(도 2의 (a)).
상기 탭 용접부(510)는 이차 전지 조립시 전극탭에 용접되는 부분이며, 상기 전압 측정부(520)는 각 집전체 전극의 전압을 측정하기 위한 부분으로, 상기 탭 용접부(510)와 전압 측정부(520)가 서로 이격되어 형성되므로, 전압 측정시에 전극탭에 의한 영향을 줄일 수 있어, 전압 측정의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 탭 용접부(510)와 전압 측정부(520)는 모두 무지부(500)의 구성으로서, 일체로 제조되는 바 생산 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 전압 측정부(520)는 상기 탭 용접부(510) 보다 그 길이가 더 짧은 것일 수 있으며(도 2의 (b)), 이 경우, 다수의 탭 용접부를 각 전극탭과 용접시에 전압 측정부에 의한 간섭을 막을 수 있으며, 전극 조립체의 적층 구조에서 전압 측정부 간의 꼬임 등을 막을 수 있어, 전압 측정의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 탭 용접부(510)와 상기 전압 측정부(520)는 상기 무지부(500)가 전극 활물질이 코팅된 영역(300)으로부터 소정 간격을 두고 분리되어 형성된 것일 수 있다(도 2의 (b)). 이 경우, 무지부(500)의 전극 활물질이 코팅된 부분으로부터의 상기 탭 용접부 및 전압 측정부로 분리되기까지의 소정 간격(530)은 전극 집전체의 분리막이 덮이는 부분일 수 있다.
통상적으로 분리막은 양극판과 음극판을 효과적으로 절연하기 위해 양극판 및 음극판의 면적 보다 더 넓은 면적을 갖는 것을 사용하게 되는 바, 상기 무지부(500)의 소정 간격(530)은 분리막이 각 전극판 보다 더 넓은 면적으로 형성되었을 때 분리막과 무지부가 중첩되는 부분일 수 있다.
본 발명에 따른 양극판과 음극판은 각각 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질 및 음극 활물질이 코팅되어 형성된 것이다.
상기 양극 활물질 및 음극 활물질은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 물질이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며, 양극 활물질은 리튬 이차 전지인 경우 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4,V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 리튬 망간 복합 산화물; 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 활물질의 예를 들면 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬과 다른 원소의 합금, 규소 또는 주석 등이 사용될 수 있다. 비결정질 탄소로는 하드카본, 코크스, 1500℃ 이하에서 소성한 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead: MCMB), 메조페이스피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber: MPCF) 등이 있다. 결정질 탄소로는 흑연계 재료가 있으며, 구체적으로는 천연흑연, 흑연화 코크스, 흑연화 MCMB, 흑연화 MPCF 등이 있다. 리튬과 합금을 이루는 다른 원소로는 알루미늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 양극판 및 음극판은 후술하는 분리막에 의해 절연되기만 한다면, 그 형성 위치는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 양극판, 분리막, 음극판의 순으로 배치되어 일방향으로 와인딩되거나, 다수의 양극판, 분리막, 음극판이 반복적으로 적층된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 분리막은 양극판과 음극판을 절연시키기 위하여, 양극판과 음극판 사이에 개재된다, 상기 분리막의 소재는 절연 물질이라면 특별히 한정되지 않으며, 양극판과 음극판 사이에 이온이 통화할 수 있도록 다공성 막으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 분리막의 구체적인 예를 들면, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다. 구체적으로 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다. 바람직하게는, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름의 조합에 의해서 제조되는 다층 름이나 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 또는 폴리비닐리덴 플로라이드 헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoridehexafluoropropylene) 공중합체 등의 고분자 필름일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 전술한 이차 전지용 전극 조립체(10)를 포함하는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 파우치형 이차 전지일 수 있으며, 이 경우, 전술한 본 발명의 이차 전지용 전극 조립체(10) 및 이를 감싸서 밀봉하는 파우치(20)를 구비하는 것일 수 잇다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 예를 들어 설명하면(도 1 참조), 전극 조립체(10)는 다수의 양극판, 분리막, 음극판이 적층된 형상일 수 있으며, 전극 조립체(10)의 양극판 및 음극판은 외부로 돌출된 무지부(500)를 통해 양극탭(23a) 및 음극탭(23b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 양극탭(23a) 및 음극탭(23b)의 외면에는 파우치의 외곽부와 접촉하는 부분에서 상기 파우치의 본체(22) 및 덮개(21)와 전극탭(23)과의 전기적 단락을 방지하기 위하여 각각의 절연 테이프(24)가 감겨져 있을 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는 다수 결합되어 전지 팩으로 사용될 수 있다. 상기 전지 팩은 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등의 전기차; 이-바이크(E-bike) 또는 이-스쿠터(Escooter) 등의 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 및 전기 상용차 등의 중대형 디바이스 전원으로 사용 가능하다.
Claims (6)
- 복수의 전극 집전체들 각각의 적어도 일면에 전극 활물질이 코팅되어 형성된 복수의 양극판들, 복수의 음극판들, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 복수의 분리막들을 포함하고,
상기 전극 집전체는 활물질이 코팅되지 않고 돌출된 무지부를 포함하고,
상기 무지부는 탭 용접부 및 상기 탭 용접부와 이격되어 형성된 전압 측정부를 포함하며,
복수의 상기 전압 측정부들이 파우치의 내부에 수용되어 서로 중첩되도록 적층되며,
복수의 상기 탭 용접부들은 서로 병합되어 상기 파우치의 외부로 인출되는 전극탭과 연결되는 것인, 이차 전지용 전극 조립체.
- 청구항 1에 있어서, 상기 전압 측정부는 상기 탭 용접부보다 길이가 짧은, 이차 전지용 전극 조립체.
- 청구항 1에 있어서, 상기 탭 용접부와 상기 전압 측정부는 상기 무지부가 전극 활물질이 코팅된 영역으로부터 소정 간격을 두고 분리되어 형성되는, 이차 전지용 전극 조립체.
- 청구항 3에 있어서, 상기 소정 간격 부분은 분리막에 의해 덮이는 부분인, 이차 전지용 전극 조립체.
- 삭제
- 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항의 전극 조립체를 구비하는 이차 전지.
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