KR20080063966A - Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비수 전해액 2차 전지에 관한 것이다. 본 발명의 비수 전해액 2차 전지는, 대형 전지용 비수 전해액 2차 전지에 있어서, 전극 활물질이 코팅되지 않은 전극판의 비코팅부의 폭 방향으로 인입된 홈들이 형성된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a nonaqueous electrolyte secondary battery. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is characterized in that, in the nonaqueous electrolyte secondary battery for a large battery, grooves drawn in the width direction of the uncoated portion of the electrode plate on which the electrode active material is not coated are formed.
Description
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to
도 1은 종래 전극의 일예를 도시한 평면도.1 is a plan view showing an example of a conventional electrode.
도 2는 종래 전극의 무지부의 변형 모습을 도시한 도면.2 is a view showing a modified state of the uncoated portion of the conventional electrode.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차 전지의 전극 조립체를 개략적으로 나타내는 부분 사시도.3 is a partial perspective view schematically showing an electrode assembly of a secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극을 개략적으로 나타내는 평면도.4 is a plan view schematically showing an electrode according to a preferred embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비수 전해액 2차 전지의 실험용 샘플을 나타내는 사시도.5 is a perspective view showing a test sample of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention.
도 6은 도 5의 샘플을 이용한 실험 후 전극 두께를 도시한 도면.FIG. 6 is a diagram illustrating electrode thickness after an experiment using the sample of FIG. 5. FIG.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 대형 전극 조립체 13 : 무지부(비코팅부)10: large electrode assembly 13: uncoated portion (uncoated portion)
15 : 전극 탭 16 : 홈15: electrode tab 16: groove
본 발명은 비수 전해액 2차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대형 전극판과 일체를 이루는 비코팅부를 개선하여 대용량 고출력 전지의 휨을 방지할 수 있는 비수 전해액 2차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a nonaqueous electrolyte secondary battery, and more particularly, to a nonaqueous electrolyte secondary battery capable of preventing warpage of a large capacity high output battery by improving an uncoated portion integrated with a large electrode plate.
일반적으로, 2차 전지(secondary battery)라 함은 충전과 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 특히 리튬 2차 전지는 그 작동 전압이 높아 기존의 셀룰라폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야뿐만 아니라, 무정전 전원공급 장치, 전기 자전거, 전동 휠체어, 전기 자동차 등의 고출력 및 대용량을 요구하는 분야에 이르기까지 점점 그 사용범위가 확대되고 있는 추세이다.In general, a secondary battery refers to a battery that can be charged and discharged. In particular, a lithium secondary battery has a high operating voltage, and thus, a field of advanced electronic devices such as a cellular phone, a notebook computer, a camcorder, and the like is used. In addition, the use range of the uninterruptible power supply, electric bicycles, electric wheelchairs, electric vehicles, and the like that require high power and large capacity is increasing.
이러한 리튬 2차 전지는 주로 리튬계 산화물을 양극 활물질로 사용하고, 탄소재를 음극 활물질로 사용하는데, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 고분자 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 분류되며, 또한, 전극 조립체를 수용하는 캔의 형상에 따라 원통형과, 각형, 파우치형으로 구분된다. 특히, 디자인 면에서 자유로운 폴리머 전지의 경우 에너지 및 출력밀도를 높이는데 있어 큰 장점을 가지고 있다.The lithium secondary battery mainly uses a lithium-based oxide as a positive electrode active material and a carbon material as a negative electrode active material, and is classified into a lithium ion battery using a liquid electrolyte and a lithium polymer battery using a polymer electrolyte according to the type of electrolyte. In addition, according to the shape of the can for accommodating the electrode assembly, it is divided into cylindrical, square, and pouch type. In particular, polymer batteries that are free in design have great advantages in increasing energy and power density.
이와 같은, 리튬 폴리머 2차 전지의 경우 박형 형태의 전지 형상을 가지며, 스택킹(stacking) 구조로 이루어져 전지의 방열 특성이 기존 원통형 전지나 각형 전지에 비하여 우수한 특성이 있다.Such a lithium polymer secondary battery has a thin battery shape, has a stacking structure, and has excellent heat dissipation characteristics compared to a conventional cylindrical battery or a square battery.
도 1에 도시된 바와 같이 상기와 같은 스택킹 구조를 갖는 대용량 전지의 경우, 전극 내부의 스트레스(stress)로 인해 특히, 양극판(1)의 경우, 전극 활물질이 코팅된 코팅부(3)와 코팅하지 않은 부분 사이(무지부)(5)의 응력차이에 의해 전지의 휨 현상이 나타난다. 따라서, 전지의 휨 현상으로 인한 전지의 균일한 치수 확보가 어려운 문제점이 있다.As shown in FIG. 1, in the case of a large-capacity battery having the stacking structure as described above, due to stress inside the electrode, in particular, in the case of the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 대형 전극판 특히, 양극판에 발생되는 응력을 완화시킴으로써 전지의 휨 현상을 방지하여 전지의 균일한 치수를 확보할 수 있는 비수 전해액 2차 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, a non-aqueous electrolyte secondary battery that can ensure the uniform dimensions of the battery by preventing the warpage of the battery by relieving the stress generated in the large electrode plate, in particular the positive electrode plate The purpose is to provide.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비수 전해액 2차 전지는, 대형 전지용 비수 전해액 2차 전지에 있어서, 전극 활물질이 코팅되지 않은 전극판의 비코팅부의 폭 방향으로 인입된 홈들이 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, in the nonaqueous electrolyte secondary battery for a large battery, grooves inserted in the width direction of the uncoated portion of the electrode plate not coated with the electrode active material are formed. It features.
바람직하게, 상기 전극판은 양극판인 것이 바람직하다.Preferably, the electrode plate is preferably a positive electrode plate.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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. 따라 서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, which can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be various equivalents and variations.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차 전지의 전극 조립체를 개략적으로 나타내는 부분 사시도이다.3 is a partial perspective view schematically illustrating an electrode assembly of a secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 2차 전지는, 양극판/세퍼레이터/음극판이 순차적으로 적층되거나 또는, 양극판/세퍼레이터/음극판/세퍼레이터/양극판/세퍼레이터/음극판 순으로 적층된 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10)로부터 연장되는 무지부(13), 및 무지부(13)와 연결되는 전극 탭(15)을 구비한다.Referring to the drawings, the secondary battery according to the present invention comprises an
상기 양극판은 알루미늄과 같은 금속(foil) 집전체의 양면 또는 일면에 양극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 양극 활물질이 도포되지 않은 집전체 부분에 양극 무지부가 돌출 형성된다.The positive electrode plate is manufactured by applying and drying a positive electrode active material on both surfaces or one surface of a metal current collector such as aluminum, and a positive electrode non-coating portion protrudes from a current collector portion to which the positive electrode active material is not applied.
상기 음극판은 구리와 같은 금속 집전체의 양면 또는 일면에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 음극 활물질이 도포되지 않는 집전체 부분에는 음극 무지부가 돌출 형성된다.The negative electrode plate is manufactured by coating and drying a negative electrode active material on both surfaces or one surface of a metal current collector such as copper, and a negative electrode non-coating portion protrudes from a current collector portion to which the negative electrode active material is not applied.
상기 세퍼레이터는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)의 폴리머 다공질막을 구비하며, 단층 및 다층구조를 가진다. 세퍼레이터는 양면에 양극판과 음극판이 각각 위치된다.The separator includes a polymer porous membrane made of polyethylene (PE) or polypropylene (PP), and has a single layer and a multilayer structure. The separator has a positive electrode plate and a negative electrode plate on each side.
상기 양극판, 세퍼레이터, 및 음극판으로 이루어진 전극 조립체(10)는 이론 적으로 리튬 2차 이온 전지 또는 리튬 2차 폴리머 전지 일 수 있다. 또한, 전극 조립체(10)는 단위 셀(unit cell) 또는 바이-셀(Bi-cell)을 불문하며, 이러한 단위 셀 또는 바이 셀이 여러 겹으로 적층된 것일 수도 있다.The
또한, 상기 무지부(13)는 양극 무지부와 음극 무지부 중 어느 하나일 수 있다. 양극 무지부와 음극 무지부는 전극 조립체(10)의 길이 방향에 대해 서로 반대 방향에 배치될 수 있으며, 전극판 수에 따라 복수일 수 있다. 그러나, 전극 탭(15)은 양극 및 음극 무지부(13)에 각각 하나의 양극 및 음극 전극 탭(15)으로 구성된다.In addition, the
전술된 바와 같이, 상기 무지부(13)는 코팅되지 않은 부분(이하 '비코팅부'라 한다)으로서 응력이 발생되는 부분이다. 즉, 본 발명의 목적을 이루기 위해 상기 전극의 비코팅부(13)는 폭 방향으로 인입된 홈(16)들을 갖는다. As described above, the
상기와 같이 비코팅부(13)의 폭 방향으로 홈(16)들이 형성되어 제조된 리튬 2차 전지에 대해 양극판에 응력이 발생시 그 결과를 시험한 실험예를 이하에 기재한다.An experimental example in which stress is generated in the positive electrode plate of the lithium secondary battery manufactured by forming the
먼저, 도 1에 도시된 바와 같은 기존의 대형 전극을 사용하는 2차 전지와 도 4에 도시된 본 발명의 홈이 형성된 전극을 사용하는 2차 전지를 이용하여 제조된 샘플(도 5 참조)을 준비하여 전지의 두께 편차를 조사하였다. 여기서, 전지의 설계상 두께는 3.4mm 내외로 제조하여 양극 단자(A)쪽과 음극 단자(C)쪽, 및 전지 중앙부(B)의 세 부분으로 구분하여 두께 편차를 조사하였다. 이때, 전지의 푸트 프린트(foot print)는 가로 150mm와 세로 200mm로 하였다.First, a sample manufactured using a secondary battery using a conventional large electrode as shown in FIG. 1 and a secondary battery using a grooved electrode of the present invention shown in FIG. The thickness variation of the battery was prepared and investigated. Here, the design thickness of the battery was produced in about 3.4mm and divided into three parts, the positive terminal (A) side, the negative terminal (C) side, and the battery center portion (B) to investigate the thickness variation. At this time, the foot print of the battery was 150 mm wide and 200 mm long.
도 2 및 도 6은 위 실험을 통해 전지의 두께가 변화된 것을 나타내는 단면도로서, 응력이 많이 발생하는 양극 단자 부분(A)의 전지의 두께가 변화된 것을 알 수 있다. 즉, 기존 전극을 사용하는 2차 전지의 양극 부분에서는 본 발명의 홈들이 형성된 전극을 사용하는 2차 전지에 비해 0.25mm의 편차가 더 발생되었다. 결과적으로, 비코팅부에 홈들이 형성된 전극을 사용함으로써 전지의 휨 현상이 미세한 반면, 기존의 전극을 사용시 전지의 휨 현상이 두드러지게 나타나게 되었다.2 and 6 are cross-sectional views showing that the thickness of the battery is changed through the above experiment, and it can be seen that the thickness of the battery of the positive electrode terminal portion A in which stress is largely changed. That is, in the positive electrode portion of the secondary battery using the conventional electrode, a deviation of 0.25 mm was further generated compared to the secondary battery using the electrode having the grooves of the present invention. As a result, the warpage of the battery is fine by using the electrode having grooves formed on the uncoated portion, while the warpage of the battery is remarkable when the conventional electrode is used.
이와 같은 실험결과로부터, 본 발명의 홈들이 형성된 전극은 응력을 완화하여 전지의 휨 현상을 방지하는 역할을 함을 알 수 있다.From the experimental results, it can be seen that the electrode formed with the grooves of the present invention serves to prevent the phenomenon of bending of the battery by relaxing the stress.
부가적으로, 상기 홈(16)들이 형성된 비코팅부(13)와 연결되는 전극 탭(15)은 비코팅부(13) 전체를 포함하여 감싼 형상 또는 홈(16)들이 형성된 비코팅부(13)와 동일한 형상으로 제조되어 연결될 수 있음은 자명하다.In addition, the
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 비수 전해액 2차 전지는 전극판으로부터 돌출된 무지부 즉, 비코팅부의 폭 방향으로 홈들이 형성됨으로써, 전지 내에 발생되는 응력을 완화하여 전지의 휨 현상을 방지할 수 있다. 이에, 2차 전지의 균일한 치수를 확보할 수 있다.As described above, in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, grooves are formed in the width direction of the non-coated portion, that is, the non-coating portion, which protrudes from the electrode plate, thereby relieving stress generated in the battery to prevent bending of the battery. Can be. Thus, uniform dimensions of the secondary battery can be ensured.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20070103 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| A201 | Request for examination | ||
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20101103 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20070103 Comment text: Patent Application |
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| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20120229 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Final Notice of Reason for Refusal Patent event date: 20121031 Patent event code: PE09021S02D |
|
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20130429 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20121031 Comment text: Final Notice of Reason for Refusal Patent event code: PE06011S02I Patent event date: 20120229 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |