KR101921730B1 - 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이차전지는 내부에 빈 공간을 가지는 케이스; 상기 케이스의 내부에 수용되며, 양극판, 세퍼레이터 및 음극판이 적층되어 있는 전극조립체; 상기 전극조립체로부터 연장되는 메인 전극탭; 일단이 상기 메인 전극탭과 전기적으로 연결되고, 타단이 상단 케이스의 외부로 노출되는 전극리드; 및 상기 메인 전극탭과 별도로 상기 전극조립체로부터 연장되며 동일한 극성끼리 서로 접합된 복수개의 보조 전극탭을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이차전지는 메인 전극탭과 전극리드의 끊어짐이 발생하더라도, 성능 저하가 방지되고 안전성이 확보될 수 있는 효과가 있다.

Description

이차전지{Secondary Battery}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 전극조립체의 양극판 또는 음극판에 전극탭이 구비되어, 전극리드에 연결된 형태로 구성된 이차전지에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.

대표적으로 전지는 외장재의 종류에 따라 캔형 이차전지와 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다.

도 1은 종래의 파우치형 이차전지를 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 파우치형 이차전지를 나타내는 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 이차전지(10)는 케이스(11), 전극조립체(12), 전극탭(13) 및 전극리드(14)를 포함한다.

케이스(11)는 후술할 전극조립체(12), 전극탭(13) 및 전극리드(14)를 수용할 수 있는 크기로 형성될 수 있다.

전극조립체(12)는 양극판, 음극판 및 분리막을 포함한다. 전극조립체(12)는 분리막이 개재된 상태에서 양극판과 음극판이 순차적으로 적층될 수 있다. 전극조립체(12)는 대표적으로, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.

전극탭(13)은 전극조립체(12)로부터 연장된다. 예를 들어, 양극탭은 양극판으로부터 연장되고, 음극탭은 음극판으로부터 연장된다. 여기서, 전극조립체(12)가 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 적층된 상태로 구성된 경우, 전극탭(13)은 각각의 양극판 및 음극판으로부터 연장된다. 이때, 전극탭(13)은 케이스(11)의 외부로 직접 노출되지 않고, 전극리드(14)와 같은 다른 구성요소에 연결될 수 있다.

전극리드(14)는 양극판 또는 음극판으로부터 각각 연장된 전극탭(13)들과 일부분이 전기적으로 연결되어 있다. 즉, 양극리드는 양극탭과 결합되어 서로 전기적으로 연결되고, 음극리드는 음극탭과 결합되어 서로 전기적으로 연결된다. 이때, 전극리드(14)는 일반 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접, 리벳 등의 방법으로 전극탭(13)과 접합될 수 있다.

그러나, 전극탭(13)과 전극리드(14)는 용접 등으로 결합되어, 외부에서 발생하는 물리적인 충격 등에 의해서 끊어질 수 있다. 특히, 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 적층된 전극조립체(12)의 경우, 일부 층의 전극탭(13)과 전극 리드(14)의 연결이 끊어질 수 있다. 이 경우, 해당 층의 전극판은 충방전이 이루어지지 않으므로, 결국 이차전지(10)의 전체적인 용량이 감소할 뿐만 아니라, 이차전지(10)가 제대로 작동하지 못할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 일부 메인 전극탭과 전극리드의 끊어짐이 발생하더라도, 성능 저하가 방지되고 계속적인 작동이 가능한 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는 내부에 빈 공간을 가지는 케이스; 상기 케이스의 내부에 수용되며, 양극판, 세퍼레이터 및 음극판이 적층되어 있는 전극조립체; 상기 전극조립체로부터 연장되는 메인 전극탭; 일단이 상기 메인 전극탭과 전기적으로 연결되고, 타단이 상단 케이스의 외부로 노출되는 전극리드; 및 상기 메인 전극탭과 별도로 상기 전극조립체로부터 연장되며 동일한 극성끼리 서로 접합된 복수개의 보조 전극탭을 포함한다.

바람직하게는 상기 보조 전극탭은 양극 보조탭과 음극 보조탭을 구비할 수 있다.

또한, 바람직하게는 상기 양극 보조탭과 상기 음극 보조탭은 상기 전극조립체의 서로 다른 변에 위치할 수 있다.

또한, 바람직하게는 상기 복수개의 보조 전극탭은 초음파 용접으로 결합될 수 있다.

또한, 바람직하게는 상기 보조 전극탭은 모든 층에 구비될 수 있다.

또한, 바람직하게는 상기 양극판 및 상기 음극판은 복수개가 적층되고, 상기 보조 전극탭은 서로 다른 층에 구비되어 서로 접합될 수 있다.

또한, 바람직하게는 상기 보조 전극탭은 상기 전극조립체의 테라스부에 위치할 수 있다.

또한, 바람직하게는 상기 보조 전극탭은 상기 케이스의 내부에 위치할 수 있다.

또한, 바람직하게는 상기 케이스는 파우치 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 이차전지는 다수의 층으로 적층된 전극판에서 각각 연장되어 전극리드와 연결되어 있는 메인 전극탭 중, 그 일부가 손상되거나, 일부 메인 전극탭과 전극리드의 연결이 끊어지더라도, 보조 전극탭을 통하여 전류의 이동이 가능할 수 있다.

따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 다수의 메인 전극탭 중 일부가 끊어지더라도 이차전지의 용량 저하나 고장 등이 방지될 수 있다.

도 1은 종래의 파우치형 이차전지를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 파우치형 이차전지를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 파우치형 이차전지를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 파우치형 이차전지를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 3의 A부분에 대한 확대 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 파우치형 이차전지를 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 3에 도시된 파우치형 이차전지를 나타내는 단면도이다. 도 5는 도 3의 A부분에 대한 확대 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지(100)는 케이스(110), 전극조립체(120), 메인 전극탭(130), 전극리드(140) 및 보조 전극탭(150)을 포함한다.

도 3 및 도 4에서는 메인 전극탭(130), 전극리드(140) 및 보조 전극탭(150)으로 통칭하였지만, 이러한 구조는 양극탭들과 양극리드의 결합구조뿐만 아니라 음극탭들과 음극리드의 결합구조에서도 모두 동일하게 적용될 수 있으므로, 본 발명에서는 양극 메인탭과 음극 메인탭은 메인 전극탭(130)으로, 양극 보조탭과 음극 보조탭은 보조 전극탭(150)으로, 양극리드와 음극리드는 전극리드(140)로 통칭하여 설명하기로 한다.

케이스(110)는 내부에 빈 공간을 가지며, 이러한 내부 공간에 전극조립체(120)를 수납하도록 형성될 수 있다. 케이스(110)는 육면체 또는 각형 형상으로 형성될 수 있으나, 본 발명에서 케이스(110)의 형상을 특정 형상으로 한정하는 것은 아니다.

전극조립체(120)는 양극판, 음극판 및 분리막을 포함한다. 즉, 전극조립체(120)는 분리막이 개재된 상태에서 양극판과 음극판이 순차적으로 적층 되어 서로 절연되어 있다. 전극조립체(120)는 실시형태에 따라 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 등으로 다양한 구조로 형성될 수 있다.

양극판은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체와 그 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하여 형성된다. 양극판은 양 면에 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체 영역, 즉 양극 무지부가 형성될 수 있다. 그리고, 양극판은 양극 무지부의 일측단에 금속 재질 이를 테면 알루미늄(Al) 재질로 형성되는 양극탭이 접합될 수 있다.

음극판은 전도성 금속 박판, 예를 들면 구리(Cu) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하고 있다. 음극판은 양 측부에 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체 영역, 즉 음극 무지부가 형성된다. 그리고, 음극판은 일측단에 금속 재질, 이를테면 니켈(Ni) 재질로 형성되는 음극탭이 접합될 수 있다. 음극판 역시, 양극판과 마찬가지로 전극조립체(120)의 형태에 따라 둘 이상 포함될 수 있으며, 특히 스택형 전극조립체의 경우, 다수 포함될 수 있다.

분리막은 양극판과 음극판 사이에 위치하여, 양극판과 음극판을 서로 전기적으로 절연시키며, 양극판과 음극판 사이에서 리튬 이온 등이 서로 통과할 수 있도록 다공성막 형태로 형성될 수 있다. 이러한 분리막은, 예를 들어 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성막으로 이루어질 수 있다.

메인 전극탭(130)은 전극조립체(120)로부터 연장된다. 이러한 메인 전극탭(130)은 케이스(110)의 외부로 직접 노출되지 않고, 전극리드(140)와 같은 다른 구성 요소에 연결될 수 있다.

특히, 양극판 및 음극판은 전극조립체(120)의 형태에 따라 둘 이상 포함될 수 있는데, 이 경우, 각 전극판에는 메인 전극탭(130)이 각각 구비될 수 있으며, 이러한 메인 전극탭(130)들은 같은 극성끼리 서로 접촉된 상태에서 동일한 극성의 전극리드(140)에 결합될 수 있다.

메인 전극탭(130)과 접합된 전극리드(140)는 케이스(110)의 실링부와 접촉하는 부분에 실링 테이프(130a)가 구비될 수 있다. 이때, 실링 테이프(130a)는 전해액이 케이스(110) 외부로 누출되는 것을 방지하고, 메인 전극탭(130)에서 발생될 수 있는 단락 등을 방지할 수 있다.

전극리드(140)는 메인 전극탭(130)과 전기적으로 연결된다. 이러한 전극리드(140)는 일단이 메인 전극탭(130)과 연결되고, 타단이 케이스(110)의 외부로 노출되어, 외부로 노출된 타단이 전극단자로서 기능을 할 수 있다. 따라서, 이러한 전극리드(140)의 타단에 충전기나 부하 등이 연결됨으로써 이차전지는 충방전 될 수 있다.

보다 상세하게, 전극리드(140)와 메인 전극탭(130)은 용접 등에 의해 서로 결합될 수 있으며, 이러한 용접 부위는 도 4에서 음영으로 표시되어 있다. 즉, 양극탭과 양극리드는 용접에 의해 서로 결합되고, 음극탭과 음극리드 역시 용접에 의해 서로 결합될 수 있다. 이때, 메인 전극탭(130)과 전극리드(140)는 금속성 재질로 구성될 수 있는데, 금속성 재질 사이의 결합은 이와 같은 용접 방식에 의해 쉽게 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명이 이러한 메인 전극탭(130)과 전극리드(140)의 특정 결합 방식에 의해 제한되는 것은 아니다.

보조 전극탭(150)은, 메인 전극탭(130)과 별도로 전극조립체(120)로부터 연장된 형태로 구비될 수 있다.

이러한, 보조 전극탭(150)은 양극 보조탭과 음극 보조탭을 구비할 수 있다. 여기서, 양극 보조탭은 양극 메인탭과는 별도로 양극판에 구비되고, 음극 보조탭은 음극 메인탭과는 별도로 음극판에 구비된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 보조 전극탭(150)은 복수개 포함될 수 있다. 예를 들어, 보조 전극탭(150)은 복수의 양극 보조탭과 복수의 음극 보조탭으로 구성될 수 있다.

그리고, 이러한 각각의 보조 전극탭(150)들은 동일한 극성끼리 서로 전기적으로 연결되도록 접합될 수 있다. 예를 들어, 복수의 양극 보조탭은 서로 접합되고, 복수의 음극 보조탭은 서로 접합될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 복수의 메인 전극탭(130) 중 일부가 손상되거나 일부 메인 전극탭(130)과 전극리드(140)의 연결이 끊어지더라도, 보조 전극탭(150)을 통해 전극판은 다른 전극판과 전기적으로 연결될 수 있다.

예를 들어, 제1 양극판과 제2 양극판이 세퍼레이터 및 음극판을 사이에 두고 적층된 구성에 있어서, 제1 양극판의 메인 전극탭(130)과 전극리드(140)의 연결이 끊어진 경우, 종래 구성에 의하면, 제1 양극판은 더 이상 전극리드(140)와 연결되지 못해 충방전시 사용되지 못하게 된다. 하지만, 본 발명에 의하면, 제1 양극판이 보조 전극탭(150)을 통해 제2 양극판과 연결되므로, 제1 양극판은 제2 양극판 및 제2 양극판의 메인 전극탭(130)을 통해 전극리드(140)와 연결될 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 의할 경우, 제1 양극판은 충방전에 계속적으로 이용될 수 있게 된다.

또한 바람직하게는, 전극조립체(120)에 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 적층된 상태로 포함된 경우. 모든 양극판에는 양극 보조탭이 구비되고. 모든 음극탭에는 각각 음극 보조탭이 구비될 수 있다. 즉, 이차전지(100)는 분리막을 사이에 두고 양극탭과 음극탭이 복수개 적층된 후, 양극탭과 음극탭에서 각각 메인 전극탭(130) 및 보조 전극탭(150)이 각각 연결될 수 있다. 따라서, 메인 전극탭(130)이 끊어지더라도 보조 전극탭(150)을 통하여 빠른 시간 내에 전류가 이동할 수 있기 때문에, 충방전을 유지할 수 있다.

보조 전극탭(150)은 서로 다른 층에 구비되어 서로 접합될 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 양극 보조탭은 양극판과 연결되어 각각 접합되며, 음극 보조탭은 음극판과 연결되어 각각 접합될 수 있다. 즉, 복수의 양극판 및 복수의 음극판에는 각각의 양극 보조탭 및 음극 보조탭이 서로 다른 층에 구비된 후, 접합될 수 있다.

복수개의 보조 전극탭(150)은 초음파 용접으로 결합할 수 있다. 이때, 보조 전극탭(150)은 초음파 용접으로 결합함으로써, 전자의 이동 경로를 늘려줌으로써, 전자의 전달을 빠르게 할 수 있다. 또한, 초음파 용접은 작업성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 보조 전극탭(150)의 단락을 방지할 수 있다.

보조 전극탭(150)은 전극조립체(120)의 테라스부에 위치하여, 전극조립체(120)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 테라스부는 전극조립체(120)의 단측변 즉, 전극조립체(120)의 폭방향을 의미한다.

보조 전극탭(150)은 기존의 메인 전극탭(130) 이외에 추가로 형성되는 것이기 때문에 이차전지(100)의 형태를 변형하지 않으면서도 전극탭의 추가 형성이 가능할 수 있다. 이때, 보조 전극탭(150)은 길이와 폭을 한정하지 않으며, 케이스(110)의 내부에 위치할 수 있는 길이와 폭이면 가능하다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 이차전지 110: 케이스
120: 전극조립체 130: 메인 전극탭
130a: 실링 테이프 140: 전극리드
150: 보조 전극탭

Claims (10)

1. 내부에 빈 공간을 가지는 케이스;
   상기 케이스의 내부에 수용되며, 양극판과 음극판이 분리막을 사이에 두고 적층되어 있는 전극조립체;
   상기 전극조립체로부터 연장되는 메인 전극탭;
   일단이 상기 메인 전극탭과 전기적으로 연결되고, 타단이 상단 케이스의 외부로 노출되는 전극리드; 및
   상기 메인 전극탭과 별도로 상기 전극조립체로부터 연장되며 동일한 극성끼리 서로 접합된 복수개의 보조 전극탭을 포함하며,
   상기 메인 전극탭은, 복수의 양극탭 및 복수의 음극탭을 포함하고,
   상기 전극리드는, 상기 복수의 양극탭과 결합하는 하나의 양극리드 및 상기 복수의 음극탭과 결합하는 하나의 음극리드를 포함하며,
   상기 보조 전극탭은, 서로 접합된 복수의 양극 보조탭 및 서로 접합된 복수의 음극 보조탭을 포함하고,
   상기 복수의 양극 보조탭 및 복수의 음극 보조탭은, 상기 케이스의 내부에 위치하며, 양극 보조탭 상호간의 결합 및 음극 보조탭 상호간의 결합 이 외에 상기 케이스의 외부로 인출되는 전기적 연결을 위한 다른 구성요소와의 결합은 이루고 있지 않은 것을 특징으로 하는 이차전지.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 양극 보조탭과 상기 음극 보조탭은 상기 전극조립체의 서로 다른 변에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 보조 전극탭은
   모든 층에 구비되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 양극판 및 상기 음극판은 복수개가 적층되고,
   상기 보조 전극탭은 서로 다른 층에 구비되어 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 복수개의 보조 전극탭은
   초음파 용접으로 결합하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 보조 전극탭은
   상기 전극조립체의 테라스부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
   
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 케이스는
   파우치 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
   
10. 삭제

Images