KR101101093B1 - 이차전지용 케이스 및 이를 이용한 리튬 이차전지 - Google Patents

이차전지용 케이스 및 이를 이용한 리튬 이차전지 Download PDF

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Abstract

종압축 특성을 개선한 이차전지용 케이스 및 이를 이용한 리튬 이차전지가 제공된다.
본 발명의 이차전지용 케이스는 서로 마주하는 제1 및 제2 장측벽들, 상기 두 장측벽들을 연결하는 제1 및 제2 단측벽들, 상기 두 장측벽들과 상기 두 단측벽들의 일단부에 결합하는 바닥벽 및 상기 바닥벽 상의 상기 제1 및 제2 장측벽들 연장선 사이에 제1 노치를 포함하며, 상기 제1 노치가 형성된 부분의 바닥벽은 타 부분의 바닥벽 두께보다 얇게 형성되되, 상기 단측벽에서 상기 제1 노치가 형성된 부분으로 갈수록 그 두께가 점차적으로 얇게 형성된 리튬 이차전지용 케이스 및 이를 포함하는 이차전지를 제공한다.
이차전지, 종압축, 특성, 개선, 케이스, 리브

Description

이차전지용 케이스 및 이를 이용한 리튬 이차전지{Case for Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Using the Same}
본 발명은 종압축 특성을 개선한 이차전지용 케이스 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 충전이 가능하고 반복해서 사용할 수 있는 전지로써, 화학 반응에 의해 전극들 사이에 전기 에너지를 발생시키는 화학 전지의 일종이다. 현재, 이차전지로는 납축전지, 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지, 리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지 등이 사용되고 있다. 이차전지는 외관상 원통형과 각형 등으로 구분된다.
리튬이온전지는 단위체적당 높은 에너지 밀도 특성을 갖고 있으며, 이러한 특성을 바탕으로 디지털 컨버전스, 하이브리드 자동차, 로봇산업 등으로의 응용을 위해 다양한 연구 개발이 진행되고 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 종압축 환경에서 케이스 바닥벽이 케이스 외부로 밀려 나가도록 함으로써 종압축에 대한 안정성을 향상시킬 수 있는 이차전지용 케이스를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서는 종압축에 대한 안정성이 향상된 케이스를 이용함으로써 종압축시 케이스 바닥벽에 의해 전극체가 찍히는 현상을 방지할 수 있는 리튬 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 마주하는 제1 및 제2 장측벽들, 상기 두 장측벽들을 연결하는 제1 및 제2 단측벽들, 상기 두 장측벽들과 상기 두 단측벽들의 일단부에 결합하는 바닥벽 및 상기 바닥벽 상의 상기 제1 및 제2 장측벽들 연장선 사이에 제1 노치를 포함하며, 상기 제1 노치가 형성된 부분의 바닥벽은 타 부분의 바닥벽 두께보다 얇게 형성되되, 상기 단측벽에서 상기 제1 노치가 형성된 부분으로 갈수록 그 두께가 점차적으로 얇게 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상호 절연된 양극층과 음극층 및 전해질을 수납하는 케이스 및 상기 케이스를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 케이스는, 서로 마주하는 제1 및 제2 장측벽들; 상기 두 장측벽들을 연결하는 제1 및 제2 단측벽들; 상기 두 장측벽들과 상기 두 단측벽들의 일단부에 결합하는 바닥벽 및 상기 바닥벽 상의 상기 제1 및 제2 장측벽들 연장선 사이에 제1 노치를 포함하며, 상기 제1 노치가 형성된 부분의 바닥벽은 타 부분의 바닥벽 두께보다 얇게 형성되되, 상기 단측벽에서 상기 제1 노치가 형성된 부분으로 갈수록 그 두께가 점차적으로 얇게 형성된 리튬 이차전지가 제공된다.
일 실시예에서, 제1 노치는 바닥벽의 외표면에 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 노치는 제1 및 제2 단측면들 사이에서 바닥벽을 n(n은 3 또는 3보다 큰 자연수 임)개로 나눈 영역들의 경계에 n-1개 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 노치는 제1 및 제2 단측면들 사이의 중앙 라인에 위치한 제1B 노치, 중앙 라인과 제1 단측면과의 중간부에서 제1B 노치에 인접하게 위치한 제1A 노치, 및 중앙 라인과 제2 단측면과의 중간부에서 제1B 노치에 인접하게 위치한 제1C 노치를 구비할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 노치는 제1 및 제2 단측면들 사이의 중앙 라인과 제1 단측면과의 중간부에 위치한 적어도 하나의 제1D 노치, 및 중앙 라인과 제2 단측면과의 중간부에 위치한 적어도 하나의 제1E 노치를 구비할 수 있다.
일 실시예에서, 리튬 이차전지용 케이스는 바닥벽 상에서 바닥벽과 제1 장측벽과의 경계부에 위치한 제2노치를 더 포함할 수 있다. 제2 노치들은 스트라이프 형태의 제1 노치의 양단부에 각각 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 노치 및 제2 노치의 깊이는 바닥벽 두께의 30% 내지 50%이다.
일 실시예에서, 두 장측벽과 두 단측벽이 접하는 경계는 만곡한 형태를 구비한다.
일 실시예에서, 케이스는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 이루어진다.
전술한 실시예들에 의하면, 종압축 환경에서 케이스 바닥벽이 케이스의 내부 방향으로 삽입되거나 변형되는 것을 방지할 수 있는 이차전지용 케이스를 제공할 수 있다. 또한, 종압축 환경에서 바닥벽이 케이스 외부로 밀려나가는 구조를 가진 케이스를 이용함으로써 종압축 안정성이 향상된 리튬 이차전지를 제공할 수 있다. 즉, 폭 방향에서 13KN으로 2초간 전지를 협착하는 종압축 환경에서 리튬 이차전지가 소성 변형될 때에 전극체가 케이스 바닥벽에 의해 찍히거나 케이스 외부로 밀려나가지 않도록 함으로써, 리튬 이차전지의 안정성을 높일 수 있다. 또한, 종압축 환경에서 케이스 바닥벽이 케이스 내부의 전극체를 밀어 올리거나 찌르는 것을 방지함으로써, 종압축시에 리튬 이차전지가 쉽게 발화 모드로 진행하는 것을 방지할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참고 하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 아울러, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장될 수 있으며 실제의 층 두께나 크기와 다를 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 이차전지용 케이스의 사시도이다. 도 2a는 도 1의 이차전지용 케이스의 I-I선에 의한 종단면도이다. 그리고, 도 2b는 도 1의 이차전지용 케이스의 Ⅱ-Ⅱ선에 의한 종단면도이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 케이스(10)는 제1 장측벽(12a), 제2 장측벽(12b), 제1 단측벽(12c), 제2 단측벽(12d), 바닥벽(14), 및 바닥벽(14)에 대한 개방 구조를 구비한다.
제1 및 제2 장측벽들(12a, 12b)은 소정 간격을 두고 서로 마주하도록 설치된다. 제1 및 제2 장측벽들(12a, 12b)는 실질적으로 동일한 크기와 형상을 구비한다. 제1 및 제2 단측벽들(12c, 12d)은 소정 간격을 두고 서로 마주하도록 설치된다. 제1 및 제2 단측벽들(12c, 12d)는 실질적으로 동일한 크기와 형상을 구비한다. 장측벽은 케이스(10)의 제1폭 방향(x 방향)에서의 변 길이가 단측벽의 제2폭 방향(y 방향)에서의 변 길이보다 긴 벽을 말한다.
제1 및 제2 장측벽들(12a, 12b)의 일측면은 제1 단측벽(12c)의 양측면에 연결되고, 제1 및 제2 장측벽들(12a, 12b)의 타측면은 제2 단측벽(12d)의 양측면에 연결된다. 제1 및 제2 장측벽들(12a, 12b)과 제1 및 제2 단측벽들(12c, 12d)에 형성된 구조는 그 수평단면이 x-y 평면에서 대략 직사각 형상을 구비한다. 일 실시예에서, 각 장측벽과 각 단측벽의 경계는 만곡한 또는 곡면 형상을 구비할 수 있다. 그러한 경우, 제1 및 제2 장측벽들(12a, 12b)과 제1 및 제2 단측벽들(12c, 12d)에 형성된 구조는 그 수평단면이 x-y 평면에서 대략 타원 또는 평관 형상을 구비한다.
바닥벽(14)은 -z방향에서 두 장측벽들(12a, 12b)과 두 단측벽들(12c, 12d)의 일단부에 결합한다. 일 실시예에서, 바닥벽(14)은 제1 및 제2 장측벽들(12a, 12b) 및/또는 제1 및 제2 단측벽들(12c, 12d)과 단일 소재로 일체로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 장측벽들(12a, 12b), 제1 및 제2 단측벽들(12c, 12d), 및 바닥벽(14)에 의해 내부 공간과 개구부(16)가 구비된 케이스(10)가 준비된다. 개구부(16)는 케이스(10)의 내부 공간을 게재하고 바닥벽(14)과 마주하도록 두 장측벽들(12a, 12b)과 두 단측벽들(12c, 12d)의 타단부에 위치한다.
케이스(10)를 형성하는 각 장측벽, 단측벽 및 바닥벽의 두께는 0.2㎜ 내지 1.0㎜의 범위에서 적절하게 선택될 수 있다. 장측벽들, 단측벽들 및 바닥벽의 재료로는 알루미늄이나 알루미늄 합금이 이용될 수 있다.
본 실시예에 따른 케이스(10)는 이 케이스(10)을 이용한 리튬 이차전지의 종압축 환경에서 바닥벽(14)이 케이스(10) 외측으로 개방되도록 하기 위한 개방 구조를 구비한다. 본 실시예의 개방 구조는 바닥벽(14)에 대한 바닥벽 구조와 이러한 바닥벽(14)에 구비되는 노치 구조의 조합에 의해 구현된다.
본 실시예에서, 바닥벽 구조는 두 단측벽들(12c, 12d)에 인접한 바닥벽(14)의 제1 부분들의 제1 두께(H1)가 제1 부분들 사이에 위치한 바닥벽(14)의 중앙부의 제2 두께(H2)보다 두꺼운 것을 포함한다. 즉, 바닥벽(14)은 두 단측벽들(12c, 12d) 사이에서 바깥쪽에 비해서 안쪽의 두께가 얇게 형성된다. 그리고 그 두께는 노치가 형성된 부분으로 갈수록 점차적으로 얇게 형성하는 것이 바람직하다.
제1 두께(H1)와 제2 두께(H2)의 차이는 기본적으로 약 0.001㎜ 이상, 약 0.5㎜ 이하의 값을 가진다. 0.5㎜는 바닥벽(14)의 최대 두께가 1.0㎜일 때를 고려한 것이다. 또한, 제1 두께(H1)와 제2 두께(H2)의 차이는 약 0.001㎜보다도 작은 값을 가질 수 있다. 즉, 제1 두께(H1)와 제2 두께(H2)의 미세한 차이는 후술하는 노치 구조와 함께 리튬 이차전지의 종압축 환경하에서 바닥벽(14)이 케이스(10) 외측으로 개방되도록 작용할 수 있다.
본 실시예에서, 노치 구조는 바닥벽(14)의 내측 중앙부 상에 위치한 메인 노치(18)(이하, 제1 노치라고도 한다)를 구비한다. 메인 노치(18)는 제1 및 제2 장측벽들(12a, 12b) 사이에서 바닥벽(14)의 내표면을 가로질러 연장하도록 설치된다. 이때 메인 노치(18)은 상기 제1, 2장측벽들 사이를 가로질러 연장하는 선상 일부에 형성하는 것이 가능함은 물론이다. 메인 노치(18)는 기본적으로 V자형의 벤 자리 형상을 구비하지만, 바닥벽(14)의 두께를 적절히 감소시킬 수 있다면 다양한 구조 및 형상으로 형성될 수 있다.
전술한 바닥벽 구조와 메인 노치(18)의 조합에 의해 케이스(10)는 리튬 이차전지의 종압축 환경하에서 케이스(10)의 외측으로 개방된다. 종압축 환경은 케이스(10)를 이용하는 리튬 이차전지를 폭방향(x방향 및 -x방향)(이하, 종방향이라고도 한다)에서 13KN으로 2초간 전지를 협착하는 종압축 테스트와 유사한 환경을 말한다.
또한, 또 다른 일 실시예(변형예)에 따른 노치 구조에서는, 도 2b에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 장측벽들(12a, 12b)과 바닥벽(14)의 경계의 일부분을 따라 바닥벽(14) 상에 위치한 한 쌍의 보조 노치들(19a, 19b)이 더 구비될 수 있다. 두 보조 노치들(19a, 19b)은 통칭하여 제2노치라 통칭한다. 그리고 제1장측면과 바닥벽의 경계면 사이를 제2A 노치, 그리고 제2장측면과 바닥벽의 경계면사이에 위치한 제2노치를 제2B 노치로 각각 언급할 수 있다.
이러한 보조 노치들(19a, 19b)을 메인 노치(18)와 함께 이용하는 경우, 케이스(10)는 리튬 이차전지의 종압축 환경하에서 더욱 확실하게 케이스(10)의 외측으로 개방될 수 있다. 보조 노치들(19a, 19b)의 구조 및 형상은 형성 위치를 제외하고 메인 노치와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 3은 제2 실시예에 따른 이차전지용 케이스의 사시도이다. 도 4는 도 3의 이차전지용 케이스의 종단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 케이스(10a)는 이 케이스(10a)를 이용하는 리튬 이차전지의 종압축 환경하에서 바닥벽(14a)이 케이스(10a)의 외측으로 개방되도록 작용하는 바닥벽 구조와 노치 구조를 구비한다.
본 실시예에서, 바닥벽 구조는 두 단측벽들(12c, 12d)에 인접한 바닥벽(14a)의 제1 부분들의 제1 두께(H1)가 제1 부분들 사이에 위치한 바닥벽(14a)의 중앙부의 제2 두께(H2)보다 두꺼운 것을 포함한다. 다시 말하면, 바닥벽(14a)의 두께는 두 단측벽들(12c, 12d)에 인접한 양단부 바깥쪽에서 중앙부 안쪽으로 가면서 점차적으로 얇게 형성될 수 있다.
노치 구조는 바닥벽(14a) 상의 메인 노치(18a)를 포함한다. 메인 노치(18a)는 바닥벽(14a)의 외표면 중앙부에서 제1 장측벽(12a)과 제2 장측벽(12b)의 일단부들 사이에 연장되도록 형성된다. 또한, 노치 구조는 도 2b에 도시한 것과 같은 보조 노치들을 구비할 수 있다.
본 실시예의 케이스(10a)는 메인 노치(18a)가 바닥벽(14a)의 외표면에 구비 되어 있는 것을 제외하고, 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 앞서 설명한 제1 실시예의 케이스(10) 또는 그 변형예와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 5는 제3 실시예에 따른 이차전지용 케이스의 사시도이다. 도 5에서는 설명의 편의상 바닥벽 내표면에 구비된 노치 구조가 투영되어 점선으로 도시되어 있다. 도 6은 도 5의 이차전지용 케이스의 종단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 케이스(10b)는 이 케이스(10b)를 이용하는 리튬 이차전지의 종압축 환경하에서 바닥벽(14b)이 케이스(10b)의 외측으로 개방되도록 작용하는 바닥벽 구조와 노치 구조를 구비한다.
바닥벽 구조는 두 단측벽들(12c, 12d)에 인접한 바닥벽(14b)의 바깥쪽 부분들의 제1 두께가 바깥쪽 부분들 사이에 위치한 바닥벽(14b)의 안쪽 부분의 제2 두께보다 두꺼운 것을 포함한다.
특히, 본 실시예에서 바닥벽 구조는, 두 단측벽들(12c, 12d)에 인접한 바닥벽(14b)의 양단부에 경사부(15)를 구비한다. 두 경사부들(15)은 제1 단측벽(12c)과 바닥벽(14b)의 경계 부분과 제2 단측벽(12d)과 바닥벽(14b)의 경계 부분의 두께를 증가시킴으로써, 종압축 환경하에서 리튬 이차전지가 소성변형할 때, 케이스(10b)의 바닥벽(14b)이 외부로 밀려나갈 수 있도록 작용한다.
두 경사부들(15) 사이의 바닥벽(14b)의 두께에 있어서, 경사부들에 인접한 바닥벽(14b)의 바깥쪽 부분들의 두께와 경사부들 사이에 위치한 바닥벽(14b)의 안쪽 부분의 두께는 서로 동일할 수 있다.
노치 구조는 바닥벽(14b) 상의 제1, 제2 및 제3 메인 노치들(20a, 20b, 20c) 을 포함한다. 제2 메인 노치(20b)는 제1 및 제2 단측벽들(12c, 12d) 사이의 바닥벽(14b) 중앙부 상에 위치한다. 제1 메인 노치(20a)는 제2 단측벽(12d)과 제2 메인 노치(20b) 사이의 바닥벽(14b) 상에 위치한다. 제3 메인 노치(20c)는 제1 단측벽(12c)과 제2 메인 노치(20b) 사이의 바닥벽(14b) 상에 위치한다. 세 개의 메인 노치들(20a, 20b, 20c)은 바닥벽(14b)의 내표면 중앙부에서 제1 장측벽(12a)과 제2 장측벽(12b) 사이를 연장되도록 구비된다. 또한, 이 노치들은 제1, 2장측벽 사이를 가로 질러 연장하는 선상 전체에서 형성되지 않고 그 선상 일부에서만 형성하는 것이 가능함은 물론이다.
또한, 노치 구조는 도 2b에 도시한 것과 같은 보조 노치들 중 적어도 어느 하나를 구비할 수 있다.
본 실시예의 케이스(10b)는 양단부에 두 경사부를 가진 평평한 바닥벽 구조, 그리고 세 개의 메인 노치들(20a, 20b, 20c)이 바닥벽(14b)의 내표면에 구비되는 구성을 제외하고, 도 1과, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 앞서 설명한 제1 실시예의 케이스(10) 또는 그 변형예의 구성과 실질적으로 동일하다. 세 개의 메인 노치들(20a, 20b, 20c)은 제1A 노치, 제1B 노치, 및 제1C 노치로 각각 언급될 수 있다.
도 7은 제4 실시예에 따른 리튬 이차전지용 케이스의 사시도이다. 도 7에서는 설명의 편의상 바닥벽 내표면 상에 구비된 노치 구조가 투영되어 점선으로 도시되어 있다. 도 8은 도 7의 리튬 이차전지용 케이스의 종단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 케이스(10c)는 이 케이스(10c)를 이용하는 리튬 이차전지의 종압축 환경하에서 바닥벽(14c)이 케이스(10c)의 외측으로 개방되도록 작용하는 바닥벽 구조와 노치 구조를 구비한다.
바닥벽 구조는 두 단측벽들(12c, 12d)에 인접한 바닥벽(14c)의 양 바깥쪽 부분들의 제1 두께가 각각의 바깥쪽 부분에 접해 있는 바닥벽(14b)의 각 안쪽 부분의 제2 두께보다 두꺼운 것을 포함한다.
특히, 본 실시예에서 바닥벽 구조는, 두 단측벽들(12c, 12d)에 인접한 바닥벽(14c)의 양단부에 경사부(15c)를 구비한다. 두 경사부들(15c)은 제1 단측벽(12c)과 바닥벽(14c)의 경계 부분과 제2 단측벽(12d)과 바닥벽(14c)의 경계 부분의 두께를 증가시킴으로써, 종압축 환경하에서 리튬 이차전지가 소성변형할 때, 케이스(10c)의 바닥벽(14c)이 외부로 밀려나갈 수 있도록 작용한다.
두 경사부들(15c) 사이의 바닥벽(14c)의 두께는, 경사부들(15c)에 인접한 바닥벽(14b)의 바깥쪽 부분들에서 경사부들(15c) 사이에 위치한 바닥벽(14b)의 안쪽 부분으로 가면서 감조될 수 있다.
노치 구조는 바닥벽(14c) 상의 한 쌍의 제4 메인 노치들(21a, 21b) 및 한 쌍의 제5 메인 노치들(21c, 21d)을 포함한다. 제4 메인 노치들(21a, 21b)는 제1 및 제2 단측벽들(12c, 12d) 사이의 중앙 라인에서 제2 단측벽(12d)에 인접한 바닥벽(14c) 상에 위치한다. 제5 메인 노치들(21c, 21d)는 중앙 라인에서 제1 단측벽(12c)에 인접한 바닥벽(14b) 상에 위치한다. 두 쌍의 메인 노치들(21a, 21b, 21c, 21d)은 바닥벽(14c)의 내표면 상에서 제1 장측벽(12a)과 제2 장측벽(12b) 사이를 연장되도록 구비된다.
또한, 노치 구조는 도 2b에 도시한 것과 같은 보조 노치들 중 적어도 어느 하나를 구비할 수 있다.
본 실시예의 케이스(10c)는 두 경사부(15c)를 구비하며 종방향에서 바깥쪽이 안쪽보다 두꺼운 바닥벽 구조, 그리고 두 쌍의 메인 노치들(20a, 20b, 20c)이 바닥벽(14b)의 내표면 상에 구비되는 구성을 제외하고, 도 1과, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 앞서 설명한 제1 실시예의 케이스(10) 또는 그 변형예의 구성과 실질적으로 동일하다.
제4 메인 노치는 물론 한 쌍의 노치들(21a, 21b)로 형성되지 않고, 하나의 노치 또는 세 개 이상의 노치들로 구성되어도 보조 노치들과의 조합에 의해 실질적으로 동일한 작용효과를 얻을 수 있다. 즉, 제4 메인 노치 또는 제5 메인 노치는 적어도 하나의 노치로 형성될 수 있다. 제4 메인 노치는 제1D 노치로 언급되고, 제5 메인 노치를 제1E 노치로 언급될 수 있다.
도 9a 내지 도 9d는 본 실시예의 이차전지용 케이스에 채용가능한 노치 구조를 설명하기 위한 부분 사시도들이다.
도 9a를 참조하면, 일 실시예에 따른 케이스의 바닥벽(14)은 그 내표면 또는 외표면 상에 V자형의 벤 자리 형상을 가진 노치(18)를 구비할 수 있다.
바닥벽(14)의 두께(t)가 약 0.2㎜ 내지 약 1.0㎜일 때, 노치(18)의 깊이(d)는 바닥벽(14) 두께의 약 30% 내지 약 50%의 범위에서 형성될 수 있다. 노치(18)의 깊이(d)가 너무 깊으면, 케이스의 내구성에 결함이 생길 수 있고, 노치(18)의 깊이(d)가 너무 얕으면, 원하는 압력하에서 케이스의 바닥벽(14)이 외측으로 쉽게 개방되지 않을 수 있다.
도 9b를 참조하면, 또 다른 일 실시예에 따른 케이스의 바닥벽(14d)은 굴곡부(18g)를 구비한 노치(18d)를 구비할 수 있다. 노치(18d)의 굴곡부(18g)는 복수개로 형성될 수 있다. 일례로써, 노치(18d)는 지그재그 형상을 구비할 수 있다.
도 9c를 참조하면, 또 다른 일 실시예에 따른 케이스의 바닥벽(14e)은 원호형상의 노치(18e)를 구비할 수 있다. 여기서, 노치(19e)는 기본적으로 메인 노치에 대응된다.
도 9d를 참조하면, 또 다른 일 실시예에 따른 케이스의 바닥벽(14f)은 보조 노치로써 원호 형상의 노치(19c)를 구비할 수 있다. 노치(19c)는 제1 장측벽(12a)과 바닥벽(14f)의 경계 부분에서 바닥벽(14f) 상에 형성되어 있다.
도 10은 제3 실시예의 케이스를 이용하는 리튬 이차전치에 대한 분해 사시도이다. 도 10에서는 설명의 편의상 바닥벽 내표면 상에 구비된 노치 구조가 투영되어 점선으로 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 리튬 이차전지(100)는 케이스(11), 케이스(11) 내부에 수납되는 전극 조립체(112), 및 케이스(11)의 상단 개구부(16)를 밀봉하는 캡 조립체(120)를 구비한다. 여기서, 케이스(11)는 리튬 이차전지(100)의 종압축 환경하에서 케이스(11)의 바닥벽(14b)이 케이스 외측으로 개방되도록 작용하는 바닥벽 구조와 노치 구조(108)를 구비한다.
케이스(11)는 소정 간격을 두고 서로 마주하는 두 장측벽들(12), 두 장측벽들(12)을 연결하는 두 단측벽들(13), 두 장측벽들(12)과 두 단측벽들(13)의 일단부를 밀봉하는 바닥벽(14b), 및 바닥벽(14b)과 마주하며 두 장측벽들(12)과 두 단측 벽들(13)의 타단부에 위치하는 개구부(16)를 구비한다.
케이스(11)는 도 5에 도시한 제3 실시예에 따른 케이스(10b)와 실질적으로 동일하다. 즉, 본 실시예의 바닥벽 구조와 노치 구조는 도 5 및 그 상세한 설명에서 이미 언급한 바닥벽 구조 및 노치 구조와 실질적으로 동일하다.
또 다른 실시예에서, 케이스의 바닥벽 구조와 노치 구조는 제1, 제2 및 제4실시예에 따른 바닥벽 구조와 노치 구조로 대체될 수 있다.
전극 조립체(112)는 제1극판(113)과 제2 극판(115) 및 세퍼레이터(114)를 구비한다. 제1극판(113)은 양극판으로 형성되고 제2극판(115)은 음극층으로 형성되며, 반대로 형성될 수 있음을 물론이다. 제1극판(113)과 제2극판(115)은 세퍼레이터(114)를 게재하여 적층된 후 젤리롤(jelly roll) 형태로 권취될 수 있다. 일 실시예에서, 제1극판(113)에는 제1극탭(116)이 용접되고, 제2극판(115)에는 제2극탭(117)이 용접된다. 그리고, 제1극탭(116)의 단부와 제2극탭(117)의 단부는 상방으로 돌출된다.
캡 조립체(120)는 캡 플레이트(140), 절연 플레이트(150), 터미널 플레이트(160), 및 전극단자(130)를 구비한다. 캡 조립체(120)는 별도의 절연체(170)를 게재하고 케이스(11)의 상단 개구부(16)에 결합하여 케이스(11)를 밀봉하게 된다.
캡 플레이트(140)는 케이스(11)의 상단 개구부(16)에 상응하는 크기와 형상의 금속판으로 형성된다. 캡 플레이트(140)의 재료로는 무게가 가벼운 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 이용될 수 있다. 캡 플레이트(140)의 중앙에는 소정 크기의 제1 단자통공(141)이 형성되며, 일측에는 전해액주입공(142)이 형성된다.
제1 단자통공(141)은 전극단자(130)보다 큰 직경을 갖도록 형성된다. 전극단자(130)는 개스킷튜브(146)을 게재하고 제1 단자통공(141)에 삽입된다. 개스킷튜브(146)는 전극단자(130)와 캡 플레이트(140) 사이를 절연한다.
캡 조립체(120)가 케이스(11)의 상단 개구부(16)에 조립된 후 전해액주입공(142)을 통하여 전해액이 주입된다. 전해액주입공(142)은 별도의 밀폐수단에 의해 밀폐된다.
절연 플레이트(150)는 절연 재료로 형성되며, 캡 플레이트(140)와 터미널 플레이트(160) 사이를 절연한다. 절연 플레이트(150)의 하면에는 터미널 플레이트(160)가 끼워지도록 터미널 플레이트(160)의 크기에 상응하는 크기로 삽입홈(152)이 구비된다. 절연 플레이트(150)는 제1 단자통공(141)에 대응하는 위치에 제2 단자통공(151)을 구비한다. 제2 단자통공(151)은 전극단자(130)와 거의 동일한 직경을 갖도록 형성된다.
터미널 플레이트(160)는 니켈(nickel) 또는 니켈 합금으로 판 형상으로 형성될 수 있다. 터미널 플레이트(160)는 절연 플레이트(150)의 제2 단자통공(151)에 대응하는 위치에 제3 단자통공(161)을 구비한다. 제3 단자통공(161)에는 제2 단자통공(151)을 관통하는 전극단자(130)가 삽입 연결된다.
절연체(170)는 제1극탭홀(171)과 제2극탭홀(172)을 구비한다. 제1극탭(116)은 제1극탭홀(171)을 관통하여 캡 플레이트(140)에 연결되고, 제2극탭(117)은 제2극탭홀(172)을 관통하여 전극단자(130)에 연결된다. 절연체(170)는 캡 조립체(120)의 하부에 결합하여 캡 조립체(120)와 전극 조립체(112)를 전기적으로 절연시킨다.
본 실시예의 리튬 이차전지(100)는 케이스(11)의 바닥벽(14b) 상에 구비된 바닥벽 구조와 노치 구조에 의해 종압축 환경에서 바닥벽(14b)이 케이스 외측으로 개방된다. 따라서, 리튬 이차전지(100)는 종압축 환경에서 바닥벽(14b)에 의해 전극 조립체(12)가 찍히는 것을 방지할 수 있고, 그것에 의해 전지가 폭발 모드로 쉽게 진행하는 것을 방지할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 도 10의 리튬 이차전지의 종압축 특성을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 일 실시예의 리튬 이차전지는 상호 절연된 양극판과 음극판을 구비한 전극 조립체(112)를 이차전지용 케이스(10b) 내에 수납하고, 캡 조립체(120)로 케이스(10)의 개구부를 밀봉함으로써 준비될 수 있다. 케이스(10) 내에는 전해질이 구비된다. 전해질은 리튬염을 함유하는 고체 폴리머이거나, 리튬염이 유기 용매에서 해리된 액상 폴리머일 수 있다. 본 실시예에서, 케이스(10b)는 도 5 및 도 6에 도시한 제3 실시예의 케이스(10b)에 대응된다.
종압축에 대한 안정성을 테스트하기 위해, 리튬 이차전지의 긴 폭 방향에서 13KN의 힘(F)으로 2초간 전지를 협착시킨다. 이때, 케이스(10b)의 바닥벽(14b)이 외측 개방 구조를 가지므로, 바닥벽(14b)에 의해 전극 조립체(112)가 찔리는 현상을 방지할 수 있다.
다시 말하면, 바닥벽(14b)에 바닥벽 구조와 노치 구조가 구비되지 않은 케이스를 이용하는 비교예의 리튬 이차전지의 경우, 종압축 테스트에서 종방향의 압축 하중에 의해 케이스(10b)가 무너질 때, 바닥벽(14b)도 무너지면서 케이스(10b)의 내외측으로 접혀지고, 접혀진 바닥벽(14b)의 끝단들 중 일부는 전극 조립체(112)를 찌르게 된다. 따라서, 이러한 비교예의 경우, 실질적으로 모든 리튬 이차전지는 종압축 테스트에서 100% 발화 모드로 진행하게 된다.
하지만, 본 실시예의 이차전지용 케이스(11)를 이용하는 리튬 이차전지에서는 종방향의 압축 하중이 가해질 때, 케이스(10b)의 바닥벽(14b)이 케이스 외측으로 개방되도록 구성됨으로써, 종압축 환경에서 전극 조립체(112)가 케이스 바닥벽에 의해 찔리는 현상을 방지할 수 있고, 그것에 의해 전지가 쉽게 발화모드로 진행하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 리튬 이차전지용 케이스의 사시도.
도 2a는 도 1의 리튬 이차전지용 케이스의 I-I선에 의한 종단면도.
도 2b는 도 1의 리튬 이차전지용 케이스의 Ⅱ-Ⅱ선에 의한 종단면도.
도 3은 제2 실시예에 따른 리튬 이차전지용 케이스의 사시도.
도 4는 도 3의 리튬 이차전지용 케이스의 종단면도.
도 5는 제3 실시예에 따른 리튬 이차전지용 케이스의 사시도.
도 6은 도 5의 리튬 이차전지용 케이스의 종단면도.
도 7은 제4 실시예에 따른 리튬 이차전지용 케이스의 사시도.
도 8은 도 7의 리튬 이차전지용 케이스의 종단면도.
도 9a 내지 도 9d는 본 실시예의 이차전지용 케이스에 채용가능한 노치 구조를 설명하기 위한 부분 사시도들.
도 10은 제3 실시예의 케이스를 이용하는 리튬 이차전치에 대한 분해 사시도.
도 11a 및 도 11b는 도 10의 리튬 이차전지의 종압축 특성을 설명하기 위한 개략적인 단면도들.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 10a, 10b, 10c : 케이스 14, 14a, 14b, 14c, 14d, 14e : 바닥벽
18, 18a, 19a, 19b, 19c, 19d, 20a, 20b, 20c, 21a, 21b, 21c, 21d : 노치
100 : 리튬 이차전지

Claims (22)

  1. 서로 마주하는 제1 및 제2 장측벽들;
    상기 두 장측벽들을 연결하는 제1 및 제2 단측벽들;
    상기 두 장측벽들과 상기 두 단측벽들의 일단부에 결합하는 바닥벽; 및
    상기 바닥벽 상의 상기 제1 및 제2 장측벽들 연장선 사이에 제1 노치를 포함하며,
    상기 제1 노치가 형성된 부분의 바닥벽은 타 부분의 바닥벽 두께보다 얇게 형성되되, 상기 단측벽에서 상기 제1 노치가 형성된 부분으로 갈수록 그 두께가 점차적으로 얇게 형성된 리튬 이차전지용 케이스.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노치는 상기 바닥벽의 외표면에 구비되는 리튬 이차전지용 케이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노치는 상기 제1 및 제2 단측면들 사이에서 상기 바닥벽을 n(n은 3 또는 3보다 큰 자연수 임)개로 나눈 영역들의 경계에 n-1개 배치되는 리튬 이차전 지용 케이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노치는 상기 제1 및 제2 단측면들 사이의 중앙 라인에 위치한 제1B 노치, 상기 중앙 라인과 상기 제1 단측면과의 중간부에서 상기 제1B 노치에 인접하게 위치한 제1A 노치, 및 상기 중앙 라인과 상기 제2 단측면과의 중간부에서 상기 제1B 노치에 인접하게 위치한 제1C 노치를 구비하는 리튬 이차전지용 케이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노치는 상기 제1 및 제2 단측면들 사이의 중앙 라인과 상기 제1 단측면과의 중간부에 위치한 제1D 노치, 및 상기 중앙 라인과 상기 제2 단측면과의 중간부에 위치한 제1E 노치를 구비하는 리튬 이차전지용 케이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바닥벽 상에서 상기 바닥벽과 상기 장측벽들과의 경계부에 제2노치를 더 포함하는 리튬 이차전지용 케이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2노치들은 스트라이프 형태의 상기 제1 노치의 양단부에 연결되는 리튬 이차전지용 케이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 노치, 상기 제2노치의 깊이는 상기 바닥벽 두께의 30% 내지 50%인 리튬 이차전지용 케이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 두 장측벽과 상기 두 단측벽이 접하는 경계는 만곡한 형태를 구비하는 이차전지용 케이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 이차전지용 케이스.
  12. 상호 절연된 양극층과 음극층 및 전해질을 수납하는 케이스; 및 상기 케이스를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고,
    상기 케이스는,
    서로 마주하는 제1 및 제2 장측벽들;
    상기 두 장측벽들을 연결하는 제1 및 제2 단측벽들;
    상기 두 장측벽들과 상기 두 단측벽들의 일단부에 결합하는 바닥벽; 및
    상기 바닥벽 상의 상기 제1 및 제2 장측벽들 연장선 사이에 제1 노치를 포함하며,
    상기 제1 노치가 형성된 부분의 바닥벽은 타 부분의 바닥벽 두께보다 얇게 형성되되, 상기 단측벽에서 상기 제1 노치가 형성된 부분으로 갈수록 그 두께가 점차적으로 얇게 형성된 리튬 이차전지.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 노치는 상기 바닥벽의 외표면에 구비되는 리튬 이차전지.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 노치는 상기 제1 및 제2 단측면들 사이에서 상기 바닥벽을 n(n은 3 또는 3보다 큰 자연수 임)개로 나눈 영역들의 경계에 n-1개 배치되는 리튬 이차전지.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 노치는 상기 제1 및 제2 단측면들 사이의 중앙 라인에 위치한 제1B 노치, 상기 중앙 라인과 상기 제1 단측면과의 중간부에서 상기 제1B 노치에 인접하게 위치한 제1A 노치, 및 상기 중앙 라인과 상기 제2 단측면과의 중간부에서 상기 제1B 노치에 인접하게 위치한 제1C 노치를 구비하는 리튬 이차전지.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제1 노치는 상기 제1 및 제2 단측면들 사이의 중앙 라인과 상기 제1 단측면과의 중간부 및 상기 중앙 라인과 상기 제2 단측면과의 중간부에 각각 구비되는 리튬 이차전지.
  18. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바닥벽 상에서 상기 바닥벽과 상기 장측벽들과의 경계부에 제2노치를 더 포함하는 리튬 이차전지.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 노치들은 스트라이프 형태의 상기 제1 노치의 양단부에 연결되는 리튬 이차전지.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 노치, 상기 제2 노치의 깊이는 상기 바닥벽 두께의 30% 내지 50%인 리튬 이차전지.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 두 장측벽과 상기 두 단측벽이 접하는 경계는 만곡한 형태를 구비하는 리튬 이차전지.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 케이스는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 리튬 이차전지.
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