KR100614382B1 - 리튬 이온 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이온 이차 전지의 충ㆍ방전시의 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단을 구비하여, 내압의 상승으로 인한 전극 조립체의 변형을 방지하고, 이차 전지용 케이스의 팽창을 보상 및 방지하는 리튬 이온 이차 전지에 관한 것으로, 양극 및 음극 집전체의 적어도 일면에 활물질이 형성된 양극 및 음극 전극판과, 상기 음극 전극판과 양극 전극판의 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와; 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 이루는 측면판과, 상기 측면판의 하부 공간을 막아주는 하면판으로 이루어져 상부가 개구된 박스(box) 형상으로 이루어져 상기 캡 조립체와 상부에서 결합되며, 상기 측면판 네 측면 중 적어도 어느 일측면 상의 일부분에 위치하는 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단을 적어도 하나 구비하는 케이스와; 상기 케이스와 결합되어 이를 밀봉하며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 단자부가 형성된 캡 조립체를 포함하는 리튬 이온 이차 전지를 제공하는 것을 특징으로 한다.
리튬 이온 이차 전지, 내압 상승, 체적 팽창

Description

리튬 이온 이차 전지{Li Ion Secondary Battery}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 각형 리튬 이온 이차 전지를 설명하기 위한 분해 사시도.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지의 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단을 구비하는 리튬 이온 이차 전지용 케이스의 사시도.
도 2b 및 도 2c는 도 2a의 A-A` 라인을 따른 리튬 이온 이차 전지용 케이스의 종단면도.
도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지의 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단을 구비하는 리튬 이온 이차 전지용 케이스의 정면도.
도 3a 및 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단을 구비하는 리튬 이온 이차 전지용 케이스를 설명하기 위한 도면.
(도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명)
100; 리튬 이온 이차 전지 110; 리튬 이온 이차 전지용 케이스
111; 측면판 112; 하면판
115; 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단
117; 공간 200; 전극 조립체
210; 양극 전극판 215; 양극 탭
220; 음극 전극판 225; 음극 탭
230; 세퍼레이터 240; 절연 테이프
300; 캡 조립체 310; 캡 플레이트
311; 단자 통공 312; 전해액 주입공
315; 보올 320; 단자 전극
330; 가스켓 340; 절연 플레이트
350; 단자 플레이트 360; 절연 케이스
362; 전해액 주입 통공
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리튬 이온 이차 전지의 충ㆍ방전시의 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단을 구비하여, 내압의 상승으로 인한 전극 조립체의 변형을 방지하고, 이차 전지용 케이스의 팽창을 보상 및 방지하는 리튬 이온 이차 전지에 관한 것이다.
최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자장치를 일정기간동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.
상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
통상적으로, 상기 리튬 이온 이차 전지는 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 리튬 이온 이차 전지용 케이스와, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.
이러한 리튬 이온 이차 전지는 상기 양극 활물질이 코팅되며 양극 탭이 연결 된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅되며, 음극 탭이 연결된 음극 전극판 및 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 권취하여 전극 조립체를 제조한다. 이때, 상기 양극 활물질은 리튬(Li)을 포함하는 복합산화물을 주성분으로 하며, 일반적으로 탄산 리튬과 산화 코발트를 1.2:1의 비율로 혼합한 후, 400℃ 내지 1000℃에서 소성하여 형성된 LiCoO2를 사용한다.
그런 다음, 상기 전극 조립체를 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스에 수용하여 상기 전극 조립체가 이탈하지 않도록 한 후, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스에 전해액을 주입한 후, 밀봉하여 리튬 이온 이차 전지를 완성한다.
그러나, 상기한 바와 같은 리튬 이온 이차 전지는 충전을 반복하여 사용하는 중에 가스가 발생하여 상기 리튬 이온 이차 전지의 케이스가 팽창하는 스웰링(swelling) 현상이 발생하여 상기 전극 조립체의 변형을 유발한다.
이는 과충전에 의해 리튬 이온 이차 전지의 전지 전압이 기준치 이상으로 상승하게 되면, 양극 활물질인 LiCoO2에 잔류하는 탄산 리튬이 분해되어 탄산 가스를 발생시키며, 이로 인하여 상기 전극 조립체가 팽창하고, 상기 리튬 이온 이차 전지의 케이스 내압이 상승하기 때문이다.
이러한 상기 전극 조립체의 변형이 심한 경우에는 상기 전극 조립체의 음극 전극판과 양극 전극판 사이에 쇼트(short)가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 리튬 이온 이차 전지의 충ㆍ방전시의 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단을 구비하여, 내압의 상승으로 인한 전극 조립체의 변형을 방지하고, 이차 전지용 케이스의 팽창을 보상 및 방지하는 리튬 이온 이차 전지를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 양극 및 음극 집전체의 적어도 일면에 활물질이 형성된 양극 및 음극 전극판과, 상기 음극 전극판과 양극 전극판의 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와; 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 이루는 측면판과, 상기 측면판의 하부 공간을 막아주는 하면판으로 이루어져 상부가 개구된 박스(box) 형상으로 이루어져 상기 캡 조립체와 상부에서 결합되며, 상기 측면판 네 측면 중 적어도 어느 일측면 상의 일부분에 외부로 돌출된 구조로 이루어지는 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단을 적어도 하나 구비하는 케이스와; 상기 케이스와 결합되어 이를 밀봉하며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 단자부가 형성된 캡 조립체를 포함하는 리튬 이온 이차 전지를 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은 사각형 형상으로 이루어지거나, 상기 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은 사각형 형상에서, 두 대각선의 양 방향으로 소정의 폭을 구비하는 일종의 홈 또는 돌기가 연장된 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은 모서리가 라운드진 사각형 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은 수평 또는 수직 성분과, 상기 수평 성분 또는 수직 성분의 말단에서 연장되어 상기 수평 성분 또는 수직 성분 과 소정의 각도를 이루는 성분을 구비하는 형상으로 이루어지는 두 개의 상기 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단이 서로 마주보는 형태로 배치될 수 있다.
또한, 본 발명은 양극 및 음극 집전체의 적어도 일면에 활물질이 형성된 양극 및 음극 전극판과, 상기 음극 전극판과 양극 전극판의 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와; 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 이루는 측면판과, 상기 측면판의 하부 공간을 막아주는 하면판으로 이루어져 상부가 개구된 박스(box) 형상으로 이루어져 상기 캡 조립체와 상부에서 결합되며, 상기 측면판 네 측면 중 적어도 어느 일측면 상의 일부분에 외부로 돌출된 구조로 이루어지는 제 1 및 제 2 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단을 구비하는 케이스와; 상기 케이스와 결합되어 이를 밀봉하며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 단자부가 형성된 캡 조립체를 포함하는 리튬 이온 이차 전지를 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은 사각형 형상이며, 상기 제 2 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은 상기 제 1 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단의 두 대각선의 양 방향으로 소정의 폭을 구비하며, 연장된 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은 수평 또는 수직 성분과, 상기 수평 성분 또는 수직 성분의 말단에서 연장되어 상기 수평 성분 또는 수직 성분과 소정의 각도를 이루는 성분을 구비하는 형상으로 이루어지며, 상기 제 1 및 제 2 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 각형 리튬 이온 이차 전지를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지(100)는 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)와, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 내부에 수용되는 젤리-롤형의 전극 조립체(200)와, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 상부에 결합되는 캡 조립체(300)를 포함한다.
상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)는 상부가 개구된 대략 박스(box)의 형상을 가진 금속재 캔으로 이루어져 있으며, 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. 또한, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 일부분에는 리튬 이온 이차 전지의 충ㆍ방전시 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)을 구비한다.
상기 전극 조립체(200)는 양극 탭(215)이 부착된 양극 전극판(210), 음극 탭(225)이 부착된 음극 전극판(220) 및 상기 양극 전극판(210)과 음극 전극판(220) 사이에 개재된 세퍼레이터(230)가 권취된 형태로 이루어져 있다. 상기 양극 탭(215) 및 음극 탭(225)이 상기 전극 조립체(200)로부터 인출되는 경계부에는 상기 양극 전극판(210) 및 음극 전극판(220) 간의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(240)로 각각 절연되어 있다.
상기 캡 조립체(300)에는 상기 이차 전지용 케이스(110)의 개구부와 대응하는 크기와 형상을 구비하는 평판형 캡 플레이트(310)가 마련되어 있다. 상기 캡 플 레이트(310)의 중앙부에는 단자 통공(311)이 형성되어 있으며, 상기 캡 플레이트(310)의 일측에는 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입공(312)이 형성되어 있으며, 상기 전해액 주입공(312)은 보올(315)과 결합되어 밀폐된다.
상기 단자 통공(311)에는 전극 단자(320), 예를 들면, 음극 단자가 삽입 가능하도록 위치하고 있다. 상기 전극 단자(320)의 외부면에는 상기 캡 플레이트(310)와의 전기적 절연을 위한 튜브 형상의 가스켓(330)이 설치되어 있다. 상기 캡 플레이트(310)의 아랫면에는 절연 플레이트(340)가 배치되어 있다. 상기 절연 플레이트(340) 아래면에는 단자 플레이트(350)가 설치되어 있다.
상기 전극 단자(320)는 상기 가스켓(330)이 외주면을 감싼 상태에서 상기 단자 통공(311)을 통하여 삽입되어 있다. 상기 전극 단자(320)의 저면부는 상기 절연 플레이트(340)를 개재한 상태에서 단자 플레이트(350)와 전기적으로 연결되어 있다.
상기 캡 플레이트(310)의 아랫면에는 상기 양극 전극판(210)으로부터 인출된 양극 탭(215)이 용접되어 있으며, 상기 전극 단자(320)의 하단부에는 상기 음극 전극판(220)으로부터 인출된 음극 탭(225)이 용접된다.
한편, 상기 전극 조립체(200)의 상면에는 상기 전극 조립체(200)와 캡 조립체(300)를 전기적으로 절연시켜 주며, 이와 동시에 상기 전극 조립체(200)의 상단부를 커버할 수 있는 절연 케이스(360)가 설치되어 있다. 상기 절연 케이스(360)는 상기 캡 플레이트(310)의 전해액 주입구(312)와 대응하는 위치에 전해액 주입 통공(362)을 구비하여, 전해액을 주입할 수 있도록 한다. 상기 절연 케이스(360)는 절 연성을 가지는 고분자 수지로써, 바람직하게는 폴리프로필렌으로 이루어지나, 본 발명의 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
한편, 도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지의 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단을 구비하는 리튬 이온 이차 전지용 케이스의 사시도이며, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지의 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단을 구비하는 리튬 이온 이차 전지용 케이스의 정면도이며, 도 2c는 도 2a의 A-A` 라인을 따른 리튬 이온 이차 전지용 케이스의 종단면도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)는 전극 조립체(200)를 수용하기 위한 공간(117)을 구비하며, 상부가 개구된 대략 박스(box)의 형상을 가진 금속재 캔으로 이루어진다. 다시 말해, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)는 상기 원통형 전극 조립체(200)가 결합될 수 있도록 소정 공간을 형성하는 측면판(111)과, 상기 측면판(111)의 하부에는 상기 측면판(111)의 하부 공간을 막은 하면판(112)이 형성되어 있으며, 상기 측면판(111)의 상부는 상기 전극 조립체(200)를 삽입하기 위하여 개구(開口)된 구조로 이루어진다. 또한, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)는 도면상에는 도시하지 않았으나, 상기 측면판(111)의 네 측면 중 서로 마주 보는 어느 두 측면이 라운드(round)진 곡면의 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 측면판(111)의 네 측면 중 서로 마주보는 어느 두 측면은 평면 형태를 이루며, 다른 두 측면은 라운드진 곡면의 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)는 상기 전극 조립체(200)의 양극 또는 음극과 전기적으로 연결되어 그 자체가 단자 전극의 역할을 수행하는 것이 가능하다.
상기한 바와 같은 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)는 상기 리튬 이온 이차 전지(100)의 충ㆍ방전시 내압의 상승으로 인하여 발생하는 체적 팽창으로 인한 전극 조립체(200)의 변형을 방지하며, 상기 리튬 이차 전지용 케이스(110)의 변형을 보상하기 위하여 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)을 구비한다.
상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)은 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110) 측면판(111)의 네 측면 중 적어도 어느 일측면 상에 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 서로 마주보는 두 측면 상에 형성된다.
또한, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)은 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110) 측면판(111)의 네 측면중 적어도 어느 일측면의 중앙부에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 상기 리튬 이온 이차 전지(100)의 충ㆍ방전시 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110) 중 주로 팽창하여 변형되는 부분이 중앙부이며, 측부로 갈수록 팽창에 의한 변형이 적기 때문이다.
도 2b를 참조하면, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)은 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 전극 조립체(200)를 수용하기 위한 공간(117) 방향으로 함몰된 구조로 이루어질 수 있다.
상기 함몰된 구조의 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)은 상기 리튬 이온 이차 전지(100)의 내압이 소정의 압력 이상으로 증가하게 되면, 외부로 돌출되는 형태로 반전되어 상기 리튬 이온 이차 전지(100)의 내압 상승으로 인한 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 체적 팽창을 보상하게 된다. 또한, 상기 리튬 이온 이차 전지(100)의 내압이 소정 압력 이하인 경우에는 상기 전극 조립체(200)를 압착하여 상기 전극 조립체(200)의 유동을 방지하는 역할도 부가적으로 수행할 수 있다.
이때, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)의 상기 전극 조립체(200)를 수용하기 위한 공간(117) 방향으로 함몰된 깊이(D)는 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)이 형성되어 있는 어느 일측면과 마주보고 있는 측면 사이의 거리(D`)의 5% 내지 15%인 것이 바람직하다.
도 2c를 참조하면, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)은 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 외부로 돌출된 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 외부로 돌출된 구조의 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)은 상기 리튬 이온 이차 전지(100)의 내부 공간의 체적을 증가시켜 내압 상승을 완화시킬 수 있으며, 부가적으로 상기 리튬 이온 이차 전지(100)의 전지 용량을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)이 외부로 돌출된 높이(D")는 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)이 형성되어 있는 어느 일측면과 마주보고 있는 측면 사이의 거리(D`)의 5% 내지 15%인 것이 바람직하다.
도 2d를 참조하면, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)은 대략 사각형의 형상으로 이루어지며, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단 (115)의 높이(H1)는 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)을 구비하는 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 어느 일면의 높이(H2)의 30% 내지 40%인 것이 바람직하며, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)의 폭(W1)은 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)을 구비하는 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 어느 일면의 폭(W2)의 30% 내지 40%인 것이 바람직하다.
다시 말하면, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)의 면적은 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)이 형성된 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 어느 일면의 면적의 9% 내지 16%인 것이 바람직하다.
이는 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)에 의하여 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 내부 공간이 감소하는 것을 최소화하여, 상기 리튬 이온 이차 전지(100)의 전지 용량에 영향을 미치지 않도록 하기 위함이다.
한편, 도 3a 및 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단을 구비하는 리튬 이온 이차 전지용 케이스를 설명하기 위한 도면으로, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단을 구비하는 리튬 이온 이차 전지용 케이스의 어느 일측면의 정면도이다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)은 도 2d에 도시된 바와 같이, 대략 사각형의 형상뿐만이 아니라, 다양한 형상으로 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 어느 하나의 측면에 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 3a에서와 같이, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)은 대략 사각형 형상에서, 두 대각선의 양 방향으로 소정의 폭을 구비하는 일종의 홈 또는 돌기가 연장된 형상으로 이루어질 수 있다. 즉, 대략 사각형 형상의 제 1 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단과, 상기 제 1 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단의 두 대각선의 양 방향으로 소정의 폭을 구비하며 연장된 일종의 홈 또는 돌기로 이루어지는 제 2 체적 팽창을 보상하기 위한 수단으로 이루어질 수 있다.
또는, 도 3b에서와 같이, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)은 모서리가 라운드진 형태의 사각형의 형상으로 이루어진 구조를 가질 수 있다.
또한, 도 3c 및 도 3d에서와 같이, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)은 대략 부메랑 형상으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)은 수평 성분 또는 수직 성분과, 상기 수평 성분 또는 수직 성분의 말단에서 연장되어 상기 수평 성분 또는 수직 성분과 소정의 각도를 이루는 성분을 구비하는 형상으로 이루어진 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110) 측면판(111)의 일측면 상에 상기한 부메랑 형상의 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)이 적어도 하나 이상 배치될 수 있으며, 바람직하게는 두 개의 부메랑 형상의 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)이 서로 마주 보는 형태로 배치될 수 있다.
한편, 표 1은 본 발명의 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)을 구 비하는 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 변형 실험을 설명하기 위한 표이다.
상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 변형 실험은 알루미늄(Al)으로 이루어지며, 가로 29.5㎜, 세로 55.8㎜, 폭 5.8㎜의 크기를 갖는 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)에 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)을 깊이 1㎜로 형성하여 내부 압력이 17㎏f/㎠인 조건에서 실험을 수행하였다.
표 1
무 사각형 또는 모서리가 라운드진 사각형 부메랑 사각형+대각선 방향 연장
함몰 돌출 함몰 돌출 함몰 돌출
변형량 0.5373㎜ 0.4507㎜ 0.4454㎜ 0.4926㎜ 0.4844㎜ 0.3634㎜ 0.3504㎜
비고 100% 84% 83% 91% 90% 67% 65%
상기 표 1을 참조하면, 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)을 구비하지 않은 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 변형량을 100%라 하였을 때, 사각형의 귀퉁이에 돌출부를 구비하는 형상으로 이루어진 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)을 구비하는 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 변형량이 가장 낮음을 알 수 있다. 즉, 도 3a에서와 같이, 대략 사각형 형상에서, 두 대각선의 양 방향으로 소정의 폭을 구비하는 일종의 홈 또는 돌기가 연장된 형상으로 이루어진 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)을 구비하는 리튬 이온 이차 전지용 케이스가 가장 우수함을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)이 형성된 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)를 구비하는 리튬 이온 이차 전지(100)는 내압이 상승하더라도, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 측면에 함몰 또 는 돌출된 형태로 이루어지는 상기 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단(115)에 의하여 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(110)의 변형을 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 이차 전지의 충ㆍ방전시의 체적 팽창을 보상 및 방지하기 위한 수단을 구비하여, 내압의 상승으로 인한 전극 조립체의 변형을 방지하고, 이차 전지용 케이스의 팽창을 보상 및 방지하는 리튬 이온 이차 전지를 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 양극 및 음극 집전체의 적어도 일면에 활물질이 형성된 양극 및 음극 전극판과, 상기 음극 전극판과 양극 전극판의 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와;
    전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 이루는 측면판과, 상기 측면판의 하부 공간을 막아주는 하면판으로 이루어져 상부가 개구된 박스(box) 형상으로 이루어져 상기 캡 조립체와 상부에서 결합되며, 상기 측면판 네 측면 중 적어도 어느 일측면 상의 일부분에 외부로 돌출된 구조로 이루어지는 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단을 적어도 하나 구비하는 케이스와;
    상기 케이스와 결합되어 이를 밀봉하며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 단자부가 형성된 캡 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은 사각형 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은 사각형 형상에서, 두 대각선의 양 방향으로 소정의 폭을 구비하는 일종의 홈 또는 돌기가 연장된 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은 모서리가 라운드진 사각형 형상인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은
    수평 또는 수직 성분과, 상기 수평 성분 또는 수직 성분의 말단에서 연장되어 상기 수평 성분 또는 수직 성분과 소정의 각도를 이루는 성분을 구비하는 형상으로 이루어지며, 서로 마주보는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  7. 양극 및 음극 집전체의 적어도 일면에 활물질이 형성된 양극 및 음극 전극판과, 상기 음극 전극판과 양극 전극판의 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와;
    전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 이루는 측면판과, 상기 측면판의 하부 공간을 막아주는 하면판으로 이루어져 상부가 개구된 박스(box) 형상으로 이루어져 상기 캡 조립체와 상부에서 결합되며, 상기 측면판 네 측면 중 적어도 어느 일측면 상의 일부분에 외부로 돌출된 구조로 이루어지는 제 1 및 제 2 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단을 구비하는 케이스와;
    상기 케이스와 결합되어 이를 밀봉하며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 단자부가 형성된 캡 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  8. 삭제
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은 사각형 형상이며,
    상기 제 2 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은 상기 제 1 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단의 두 대각선의 양 방향으로 소정의 폭을 구비하며 연장된 형상인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은 수평 또는 수직 성분과, 상기 수평 성분 또는 수직 성분의 말단에서 연장되어 상기 수평 성분 또는 수직 성분과 소정의 각도를 이루는 성분을 구비하는 형상으로 이루어지며,
    상기 제 1 및 제 2 체적 팽창을 보정 및 방지하기 위한 수단은 서로 마주보고 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
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