KR101025514B1 - 젤리-롤형 전극조립체의 유동 억제용 금속 캔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체(젤리-롤)가 내장되는 이차전지용 금속 캔으로서, 외부로부터 가해지는 충격에 의한 젤리-롤의 회전을 방지하는 마찰력을 제공하는 미세요철이 상기 금속 캔의 내면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 금속 캔을 제공한다.

본 발명에 따른 이차전지용 금속 캔은 내부에 형성된 미세요철이 젤리-롤과의 사이에 높은 마찰력을 부여하여 젤리-롤의 회전을 방지함으로써, 단전의 발생을 막아 안정적인 전원 공급에 의한 출력의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

젤리-롤형 전극조립체의 유동 억제용 금속 캔 {Metal Can for Preventing Movement of Jelly-Roll Type Battery Assembly}

도 1은 종래의 원통형 리튬 이차전지 구조에 대한 모식도이다;

도 2a는 종래의 금속 캔의 구조에 대한 모식도이고, 도 2b는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 금속 캔의 구조에 대한 모식도이다;

도 3 및 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 금속 캔의 구조에 대한 모식도들이다.

본 발명은 이차전지용 금속 캔에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체(젤리-롤)가 내장되는 이차전지용 금속 캔으로서, 외부로부터 가해지는 충격에 의한 젤리-롤의 회전을 방지하는 마찰력을 제공하는 미세요철이 상기 금속 캔의 내면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 금속 캔을 제공한다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌으며 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

이차전지가 휴대폰, 노트북 등의 전원으로 사용되는 경우에는 일정한 출력을 안정적으로 제공하는 이차전지가 요구되는 반면에, 전동드릴 등과 같은 파워툴의 동력원으로 사용되는 경우, 순간적으로 높은 출력을 제공하면서 진동, 낙하 등과 같은 외부의 물리적 충격에 대해서도 안정적일 수 있는 이차전지가 요구된다.

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.

또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.

젤리-롤형 전극조립체는 주로 원통형 전지와 각형 전지에 사용되는 바, 도 1에는 젤리-롤형 전극조립체를 포함하고 있는 원통형 전지의 수직 단면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

구체적으로, 전극조립체(30)는 양극(31)과 음극(32) 사이에 분리막(33)을 개재한 상태로 젤리-롤형으로 감은 구조로 되어 있으며, 양극(31)에는 양극 탭(34)이 부착되어 캡 어셈블리(40)에 접속되어 있고, 음극(32)에는 음극 탭(도시하지 않음)이 부착되어 캔(20)의 하단에 접속되어 있다.

그러나, 이러한 구조의 이차전지에 외부의 충격이 계속적으로 인가되면 반복적인 작용에 의해 젤리-롤이 회전할 수 있으며, 젤리-롤의 회전시 캡 어셈블리와 캔의 내면에 부착된 전극 탭이 손상된다.

그 결과, 단전, 내부 단락 등이 발생하여, 소망하는 출력을 얻을 수 없으며, 특히 다수 개의 원통형 전지가 병렬 연결되어 있을 경우, 어느 하나의 전지에서 탭이 손상되는 경우 뱅크(bank)간 불균형(unbalance)으로 인해 발화 내지 폭발 등이 발생할 수 있으므로, 이차전지의 안전성 문제가 심각하게 대두될 수 있다.

이와 관련하여, 한국 특허출원공개 제2007-0006252호에는 전극조립체가 캔 내부에서 유동하는 것을 방지하기 위하여, 전극조립체가 내장된 부분의 캔 표면을 가압하여 회전방지부를 형성하는 기술이 제시되어 있다. 또한, 한국 특허출원공개 제2001-0039433호에는 전지케이스의 내벽에 형성된 내향 돌기가 전극조립체의 최외곽에 배치된 전극을 압박함으로써, 전지케이스와 전극조립체가 물리적으로 접촉되도록 하는 구성이 제시되어 있다.

그러나, 상기 기술들에 따른 회전방지부 또는 내향 돌기에 의해 전극조립체의 유동을 방지하기 위해서는 캔의 표면을 상당한 깊이로 가압하거나 큰 높이의 내향 돌기를 형성하여야 한다. 즉, 마찰력이 매우 낮은 금속의 표면 특성상 낮은 깊 이의 회전방지부 또는 낮은 높이의 내향 돌기로는 소망하는 효과를 얻을 수 없다.

반면에, 깊은 깊이의 회전방지부 또는 큰 높이의 내향 돌기는 반복적인 충방전 과정에서 전극조립체가 수축과 팽창을 반복할 때, 내측방향으로 돌출된 회전방지부 또는 내향 돌기에 대응하는 전극조립체 상에 응력이 축적되는 결과를 초래한다. 이러한 응력은 전극조립체의 해당 부위에서 전극 활물질의 열화, 분리막의 손상, 국부적인 고열 발생 등을 초래하여, 전지의 수명 및 안전성 측면에서 매우 바람직하지 못하다.

한편, 한국 특허출원공개 제2006-0031939호 및 일본 특허출원공개 제2006-202888호에는 전극조립체의 회전 및 흔들림 현상을 방지하기 위한 특정 구조의 지지대 및 탄성재로 이루어진 지지링을 전지케이스의 내부에 배치하는 기술이 제시되어 있다. 그러나, 이러한 지지대와 지지링은 미세 구조물로서 제조 비용이 높고, 동일 규격 대비 전극조립체의 크기가 작아져 결과적으로 전지의 용량을 감소시키는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이차전 지용 금속 캔의 내면에 미세요철을 형성하여 높은 마찰력을 부여하는 경우, 외부로부터 가해지는 충격에 의해 젤리-롤이 회전하는 것을 효과적으로 억제하여 캡 어셈블리와 금속 캔에 결합된 전극 탭이 손상되는 것을 방지함으로써, 궁극적으로 안정적인 전원 공급과 전지의 안전성을 확보할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명에 따른 이차전지용 금속 캔은 양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체(젤리-롤)가 내장되는 이차전지용 금속 캔으로서, 외부로부터 가해지는 충격에 의한 젤리-롤의 회전을 방지하는 마찰력을 제공하는 미세요철이 상기 금속 캔의 내면에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 앞서 설명한 바와 같은 종래기술들에서의 전지 용량의 감소, 국부적인 응력 축적 등의 문제를 유발하지 않으면서, 외력에 의해 젤리-롤이 회전하는 것을 방지하여, 궁극적으로 단전 및 전지 안전성의 문제점을 해결할 수 있다. 이러한 금속 캔은 특히 작동 과정에서 계속적인 외력이 가해지고 고출력을 안정적으로 공급하여야 하는 파워툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 동력원에 사용되는 이차전지에 바람직하게 적용될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 미세요철은 금속 캔의 표면 거칠기를 크게 증가시켜 젤리-롤과 금속 캔의 상호 계면에서 높은 마찰력을 제공한다. 따라서, 계속적인 외력이 가해지더라도 젤리-롤이 회전하는 것을 방지하여 준다. 이러한 미세요철의 크기(골의 깊이)는 바람직하게는 금속 캔의 두께를 기준으로 1 내지 30%의 범위일 수 있다. 미세요철의 크기가 너무 작으면 소망하는 정도의 마찰력을 제공하기 어려울 수 있고, 반대로 너무 깊으면 금속 캔의 강도 및 내식성이 저하될 수 있으므로, 바람직하지 않다.

상기 미세요철은 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 기계적 표면처리 또는 화학적 표면처리에 의해 형성될 수 있다.

상기 기계적 표면처리는, 예를 들어, 압연, 샌드 블라스팅, ＳiＣ 페이퍼에 의한 그라인딩, 레이저 조사, 초음파 인가 등으로 수행할 수 있으며, 바람직하게는 샌드 블라스팅에 의해 수행할 수 있다. 이러한 샌드 블라스팅은 압축공기 또는 원심력에 의해 모래를 뿜어대어 모재의 표면을 미세하게 식각하는 표면처리 기술을 의미한다.

상기 화학적 표면처리는 화학물질에 의한 부분 침식으로 수행할 수 있으며, 이러한 부분 침식은, 예를 들어, 인산, 염산, 질산 등을 금속 캔에 부가하고 소망하는 미세요철이 형성될 정도의 시간이 경과한 후에 증류수 등으로 세척함으로써 달성될 수 있다.

경우에 따라서는, 기계적 표면처리와 화학적 표면처리를 병행할 수도 있으며, 이를 통해 서로 다른 크기의 미세요철들이 혼재한 표면 구조를 얻을 수 있어서, 계속적으로 가해지는 외력에 의해 젤리-롤이 회전하는 것을 방지하기에 충분한 마찰력을 제공한다.

상기 미세요철 구조가 내면에 형성된 금속 캔에 젤리-롤을 삽입하고 전해액 을 첨가한 후 밀봉하여 이차전지를 제조할 수 있는 바, 이러한 금속 캔이 사용되는 이차전지는 충방전시 수축/팽창에 의한 젤리-롤 외경의 증감이 작은 저용량 전지에 적용되는 것이 특히 바람직하다.

일반적으로 고용량 이차전지는 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있도록 전극 활물질의 밀도가 크므로, 만충전시 팽창에 의해 젤리-롤의 외경이 증가하여 금속 캔의 내경과 동일하거나 그 이상이 된다.

따라서, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 금속 캔의 특정 부위를 내측방향으로 가압하거나 금속 캔의 내면에 돌출형의 돌기를 형성하는 경우, 오히려 전지의 반복적인 충방전시 전지 수명의 단축, 내부 단락의 위험성 등이 있다.

반면에, 고용량보다는 고출력 특성과 안전성이 더 요구되는 저용량 이차전지에서는 높은 레이트 특성이 필요하므로, 전극 활물질의 밀도가 고용량 이차전지에서보다 상대적으로 작아, 만충전시 팽창에 의한 젤리-롤의 외경 증가가 거의 발생하지 않는 경향이 있다. 이러한 저용량 전지의 예로는 리튬 이온의 이동이 빠르게 수행될 수 있도록 상대적으로 전극 활물질의 밀도를 낮게 구성한 파워톨용 이차전지를 들 수 있다.

따라서, 본 발명의 또 다른 바람직한 예에서, 금속 캔의 내경은 만충전시의 젤리-롤의 외경보다 전반적으로 크고, 금속 캔의 내면에는 내측방향으로 절곡된 적어도 하나 이상의 만입부를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.

상기에서 금속 캔의 내경이 만충전시의 젤리-롤의 외경보다 큰 경우는, 앞서 설명한 바와 같이, 충전시의 부피 팽창률이 상대적으로 작은 고출력 저용량의 이차 전지를 예로 들 수 있다.

이 경우, 상기 만입부는 젤리-롤의 외면을 적절히 가압하여 외력에 의한 젤리-롤의 회전 가능성을 방지하게 된다. 그러나, 이러한 만입부는 앞서 설명한 종래기술의 회전방지부 또는 내향 돌기에 비해 내측방향으로 돌출된 크기가 상대적으로 작다. 즉, 금속 캔의 내면에 높은 마찰력을 제공하는 미세요철이 형성되어 있으므로, 작은 깊이의 만입부에 의해서도 소망하는 효과를 발휘할 수 있다.

상기 만입부의 개수, 형성되는 방향 및 위치는 젤리-롤의 회전 억제력 결정에 영향을 미치는 요소들로서, 젤리-롤의 외경 증가가 거의 없는 경우에도 회전을 방지하기에 충분하다면 특별히 제한되는 것이 아니다. 예를 들어, 2 개 이상의 만입부가 형성되어 있는 경우, 젤리-롤에 대하여 균일한 압력을 인가할 수 있도록, 상기 각각의 만입부는 중심축을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 형성되거나 서로 균일한 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 만입부의 구조는 젤리-롤의 권취 공간에 영향을 미치지 않으면서 회전을 방지하기에 충분하다면 특별히 제한되는 것은 아니며, 금속 캔의 둘레 방향으로 연속적으로 형성되거나, 소정의 간격으로 불연속적으로 형성되어 전반적으로 엠보싱 구조를 이룰 수도 있다.

상기 만입부의 형상 역시 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 원형의 형상일 수 있다. 이러한 원형 만입부는, 예를 들어, 그에 대응하는 형상이 각인되어 있는 지그로 금속 캔을 가압하여 형성할 수 있다.

상기 만입부의 깊이는 캔의 두께 및 젤리-롤의 용적을 고려하여 바람직하게 0.05 ~ 1 mm, 더욱 바람직하게는 0.1 ~ 0.2 mm일 수 있고, 만입부의 곡률반경은 바람직하게 1 ~ 15 mm, 더욱 바람직하게는 7 ~ 8 mm일 수 있다. 만입부의 깊이가 너무 작거나 곡률반경이 너무 크면, 만입부의 형성에 따른 효과를 기대하기 어려울 수 있다. 반대로, 만입부의 깊이가 너무 깊거나 곡률반경이 너무 작으면, 젤리-롤의 대응 부위를 지나치게 가압하여 전극 활물질의 열화, 분리막의 손상, 국부적인 고열 발생 등을 초래할 수 있으므로, 바람직하지 않다.

상기 만입부의 개수는 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게 금속 캔의 외주방향으로 2 ~ 30 개, 금속 캔의 길이방향으로 1 ~ 20 개이고, 더욱 바람직하게는 금속 캔의 외주방향으로 약 8 개, 금속 캔의 길이방향으로 약 13 개일 수 있다.

상기 만입부의 형성 시기는 형성 과정에서 금속 캔의 기타 부위에서 형상 변형을 유발하지 않고 젤리-롤에 손상을 가하지 않는 조건에서 적절히 결정할 수 있다.

예를 들어, 금속 캔을 제조하기 위한 소정 길이의 금속판재에 만입부를 형성하고 딥 드로잉(deep-drawing)에 의해 금속 캔을 형성한 후 젤리-롤을 삽입할 수도 있고, 또는 금속판재를 딥 드로잉 하여 금속 캔을 형성하고 젤리-롤을 삽입한 후, 지그 등을 이용하여 만입부를 형성할 수도 있다. 바람직하게는 젤리-롤의 삽입 후에 만입부를 형성한다.

본 발명은 또한 상기 금속 캔에 젤리-롤이 삽입되어 있는 구조의 이차전지를 제공한다.

본 발명에 따른 이차전지는 바람직하게는 원통형 이차전지로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안전성의 리튬염 함유 비수 전해액을 사용하는 리튬 이차전지일 수 있다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 구성 요소들에 대해 이하에서 간략히 설명한다.

일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다.

양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다. 음극은 또한 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.

상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다.

리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.

상기 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 금속 캔을 사용하여 이차전지를 제조하는 방법을 제공하는 바, 구체적으로, (ⅰ) 금속 캔의 내면에 표면처리를 통해 미세요철을 형성하는 단계 및 (ⅱ) 상기 금속 캔에 전극조립체를 삽입하고 전해액을 주입한 후 밀봉하는 단계를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

상기 단계(ⅰ)의 미세요철 형성 공정에서 불순물 등이 전지 내부에 잔류하는 것을 방지하고, 공정의 용이성을 고려하여, 미세요철은 바람직하게는 딥 드로잉에 의한 원통형 캔의 형상으로 제조하는 과정 이전에 금속 판재 자체에 대해 수행하여 형성될 수 있다.

경우에 따라서는, 고출력 저용량 이차전지와 같이 충전시의 부피 팽창률이 상대적으로 작은 이차전지에서 금속 캔에 내측방향으로 만입부를 추가 형성할 수도 있는 바, 이 경우, 만입부의 형상에 대응하는 형상이 형성된 지그를 사용하여 금속 캔을 가압함으로써 캔의 외면에 만입부를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 만입부의 형상 단계는 단계(ⅱ) 이전에 수행할 수도 있고 그 이후에 수행할 수도 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 2a에는 종래의 금속 캔의 구조가 모식적으로 도시되어 있으며 도 2b에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 금속 캔의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.

도 2a를 참조하면, 금속 캔(20)의 내면(21)은 어떠한 표면 처리도 되어 있지 않아 표면 거칠기가 0에 가까우며, 젤리-롤(도시하지 않음)이 삽입된 상태에서 전지에 연속적인 외부 충격이 가해지는 경우, 젤리-롤의 유동과 회전에 의해 전극 탭이 손상되거나 접촉저항이 커짐으로써, 전지의 단전이 유발되거나 전지의 안전성 문제가 발생할 수 있다.

도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 금속 캔(100)은 기계적 표면처리 또는 화학적 표면처리에 의해 내면에 미세요철(110)이 형성되어 있어서, 높은 표면 거칠기를 나타낸다. 따라서, 젤리-롤(도시하지 않음)이 삽입된 상태에서 금속 캔(100)과 젤리-롤 간에는 높은 마찰력이 발생하므로, 연속적인 외부 충격이 가해지는 경우에도 젤리-롤의 유동 및 회전이 크게 억제되어, 앞서 설명한 바와 같은 단전, 전지 안전성 문제 등이 초래되지 않는다.

도 3 및 도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 금속 캔의 구조가 모식적으로 도시되어 있다. 이해의 편의를 위하여, 도 4에서는 금속 캔이 투시도로서 도시하였다.

우선 도 3을 참조하면, 금속 캔(101)의 내면에는 미세요철(110)이 형성되어 있고, 그와 동시에 내측방향으로 절곡된 구조의 다수의 만입부들(120)이 형성되어 있다. 따라서, 전체적으로 성긴 엠보싱 구조를 나타낸다. 이러한 구조는 충전시 부피 팽창률이 상대적으로 작은 고출력 저용량의 이차전지에 바람직하게 적용될 수 있다.

만입부들(120)은 금속 캔(101)의 외주면을 따라 비연속적으로 일정한 간격 하에 형성되어 있으며, 금속 캔(101)의 길이방향으로도 형성되어 있다. 이러한 구 조에서, 금속 캔(101)에 삽입된 젤리-롤(도시하지 않음)은 만입부들(120)의 내측 단부에 접하게 된다. 만입부들(120)의 깊이 크기가 현저하게 크지는 않을지라도, 미세요철(110)로 인한 높은 표면 거칠기에 의해, 젤리-롤과의 사이에 소망하는 수준의 마찰력을 제공할 수 있다.

다음으로 도 4를 참조하면, 도 4의 금속 캔(102)은 만입부(122)가 금속 캔(101)의 외주면을 따라 연속적으로 형성되어 있다는 점에서 도 3의 금속 캔(101)과 차이가 있다.

만입부(122)는 금속 캔(102)의 길이방향으로 소정의 간격을 두고 다수 개가 형성되어 있으며, 내면의 미세요철(110)과 더불어, 젤리-롤(도시하지 않음)의 외면에 대해 높은 마찰력을 제공한다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

전지 캔은 알루미늄 또는 그 합금으로 이루어지는 판재의 내면을 전지 캔 두께의 30% 정도의 크기의 샌드를 이용하여 3 분간 샌드 블라스팅 처리를 하였다. 그런 다음, 딥드로잉 가공하여 상하 세로로 긴 원통형으로 형성하였고, 이 때 전지 캔의 외경은 18.05 mm, 내경은 17.55 mm, 젤리-롤 전극조립체의 외경은 17.20 mm로 하였다. 전지 캔의 내면을 투과전자 현미경으로 관찰하여, 전지 캔 두께의 30% 정 도의 깊이를 갖는 미세요철이 형성되었음을 확인하였다. 이렇게 표면처리한 전지 캔에 상기 전극조립체를 장착한 후 1M LiPF₆를 함유한 카보네이트계 리튬 전해액을 주입하고 밀봉하여 고출력 저용량의 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.

[실시예 2]

전지 캔 두께의 10%의 크기를 갖는 샌드를 이용하여 샌드블라스팅 처리하였고, 곡률 반경이 7.5 mm이고 깊이가 0.10 mm 인 만입부를 균일한 간격으로 금속 캔의 외주방향으로 8 개 및 길이방향으로 13 개로 형성하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.

[비교예 1]

전지 캔에 대해 별도의 표면처리를 행하지 않았다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.

[실험예 1]

실시예 1 및 2와 비교예 1에서 각각 제조된 30 개의 전지들을 각각 4 A 및 4.2 V로 만충전하고, 8 각형의 드럼에 넣어 66 rpm의 속도로 50 분 간격으로 300 분간 회전시킨 뒤, 정상적인 작동 여부를 확인하였다. 그 결과가 하기 표 1에 개시되어 있다.

<표 1>

실험 결과, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 전지들은 200 분간의 회전력 테스트 이후에도 단전 및 내부단락이 전혀 발생하지 않았으며, 250 분 이후에도 대부분의 전지에서 단전 또는 내부단락이 발생하지 않았다. 고출력 저용량 전지의 회전력 테스트는 실사용 조건을 모사한 시뮬레이션 테스트로, 100 분 동안 연속적인 회전력에서 전지의 성능이 유지되면 기준 이상이라고 볼 수 있으며, 본 발명에 따른 실시예들의 전지는 이러한 기준에서 회전력의 인가시에도 안정적인 상태를 유지할 수 있음을 알 수 있다.

반면에, 비교예 1의 경우, 100 분간의 회전력 테스트 이후 10 개(약 30%)의 전지에서 단전 또는 내부단락이 발생하였고, 150 분 후에는 15 개(50%)의 전지에서 단전 또는 내부단락이 발생하였다.

따라서, 본 발명에 따른 기계적 표면처리 및/또는 화학적 표면처리를 통해 미세요철 구조를 형성함으로써 표면 거칠기를 증가시켜 높은 마찰력을 부여한 실시예 1 및 2의 전지들은 동적인 드럼 테스트에서 비교예 1의 전지들에 비해 월등하게 우수한 구조적 안정성을 나타냄을 알 수 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지용 금속 캔은 내부에 미세요철 구조를 형성하여 젤리-롤과의 사이에 높은 마찰력을 부여함으로써, 젤리-롤의 회전을 방지하여, 단전의 발생을 막아 안정적인 전원 공급에 의한 출력의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

1. 양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체(젤리-롤)가 내장되는 이차전지용 금속 캔으로서, 상기 금속 캔의 내경은 만충전시의 젤리-롤의 외경보다 전반적으로 크고, 외부로부터 가해지는 충격에 의한 젤리-롤의 회전을 방지하는 마찰력을 제공하는 미세요철과 내측방향으로 절곡된 적어도 하나 이상의 만입부가 상기 금속 캔의 내면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 금속 캔.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 미세요철은 금속 캔의 내면에 기계적 표면처리 또는 화학적 표면처리를 수행함으로써 형성되고, 미세 요철의 크기(골의 깊이)는 금속 캔의 두께를 기준으로 1 내지 30%의 범위 내인 것을 특징으로 하는 이차전지용 금속 캔.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 기계적 표면처리는 샌드 블라스팅에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 금속 캔.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 만입부는 2 개 이상 형성되어 있고, 각각의 만입부는 중심축을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 형성되거나 또는 균일한 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 금속 캔.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 만입부는 금속 캔의 원주방향으로 연속적으로 형성되어 있거나 또는 소정의 간격으로 불연속적으로 형성되어 엠보싱 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 금속 캔.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 만입부는 0.05 ~ 1 mm의 깊이와 1 ~ 15 mm의 곡률 반경을 가지고 금속 캔의 원주방향으로 2 ~ 30 개이며, 금속 캔의 길이방향으로 1 ~ 20 개인 것을 특징으로 하는 이차전지용 금속 캔.
8. 제 1 항에 따른 금속 캔에 고출력 저용량의 젤리-롤이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차전지.
9. 제 1 항에 따른 이차전지용 금속 캔을 사용하여 이차전지를 제조하는 방법으로서,

   (i) 금속 캔의 내면에 표면처리를 통해 미세요철을 형성하는 단계; 및

   (ii) 상기 금속 캔에 전극조립체를 삽입하고 만입부의 형상에 대응하는 형상이 형성된 지그를 사용하여 상기 금속 캔을 가압함으로써 캔의 외면에 만입부를 형성하는 단계; 및

   (iii) 상기 금속 캔에 전해액을 주입한 후 밀봉하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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