KR101154884B1 - 상부 절연체가 젤리-롤에 결합되어 있는 이차전지 - Google Patents

상부 절연체가 젤리-롤에 결합되어 있는 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양극/분리막/음극 구조의 젤리-롤이 전지케이스에 내장되어 있고 상기 젤리-롤의 상단에 절연성의 부재('상부 절연체')가 탑재되어 있는 이차전지로서, 상기 상부 절연체의 하단면은 열적 소성변형에 의해 젤리-롤의 상단에 결합되어 있는 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지는 낙하 또는 외부 충격의 인가 시에도 상부 절연체에 젤리-롤의 상단부가 눌림으로 인한 젤리-롤의 변형을 억제함으로써, 전극간 단락 또는 전극과 캔의 단락을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

상부 절연체가 젤리-롤에 결합되어 있는 이차전지 {Secondary Battery Having Top Insulator Combined with Jelly-Roll Type Electrode Assembly}
도 1은 종래기술의 원통형 전지에서 젤리-롤의 상단에 상부 절연체가 탑재된 상태의 부분 단면도이다;
도 2는 도 1의 원통형 전지에서 상부 절연체에 의해 젤리-롤의 상단이 눌린 상태의 부분 단면도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 상부 절연체가 젤리-롤의 상단에 결합되어 있는 상태의 부분 단면도이다.
본 발명은 상부 절연체가 젤리-롤에 결합되어 있는 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극/분리막/음극 구조의 젤리-롤이 전지케이스에 내장되어 있고 상기 젤리-롤의 상단에 절연성의 부재('상부 절연체')가 탑재되어 있는 이차전지로서, 상기 상부 절연체의 하단면은 열적 소성변형에 의해 젤리-롤의 상단에 결합되 어 있는 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.
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, 이차전지는 충방전이 가능한 발전소자로서, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 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) 등의 유닛 셀들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어서, 각형 또는 원통형 전지케이스에 탑재되는 전극조립체로 널리 사용되고 있다.
이러한, 각형 또는 원통형 이차전지에서 젤리-롤형 전극조립체의 상단에는 탑 캡, 전극리드 등과의 절연성을 확보하기 위하여, 젤리-롤의 수평단면 형상에 대 응하는 절연성의 부재(일명, '상부 절연체(top insulator)'라 함)가 탑재되어 있다. 그러나, 전지셀이 낙하되거나 전지셀의 상단에 충격이 가해지는 경우, 이러한 상부 절연체에 의해 젤리-롤의 상단부가 눌리면서 전극간 단락, 전극과 캔의 단락 등이 유발되는 문제점이 존재한다. 이러한 문제점을 도면을 참조하여 이하에서 설명한다.
도 1에는 종래기술의 원통형 전지에서 젤리-롤의 상단에 상부 절연체가 탑재된 상태의 부분 단면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 원통형 전지에서 상부 절연체에 의해 젤리-롤의 상단이 눌린 상태의 부분 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 분리막이 개재된 상태에서 양극시트와 음극시트를 권취하면, 도면에서와 같이 양극(20)/분리막(30)/음극(40) 구조의 전극조립체(젤리-롤: 10)가 만들어진다. 충방전 과정에서 과잉의 리튬 이온이 음극(40)에서 리튬 금속으로 석출되는 것을 방지하기 위하여, 일반적으로 음극(40)은 양극(20)보다 크게 제작된다. 또한, 충방전 과정에서 전극이 수축 팽창함으로 인해 유발되는 단락을 방지하기 위하여, 일반적으로 분리막(30)은 양극(20) 뿐만 아니라 음극(40)보다 크게 제작된다. 따라서, 젤리-롤(10)의 상단을 기준으로 분리막(30), 음극(40), 양극(20) 순으로 높이가 형성된다.
또한, 젤리-롤(10)의 상단에는 캡 어셈블리(도시하지 않음)와의 단락을 방지할 수 있도록 원판 구조의 상부 절연체(50)가 탑재되어 있다.
이러한 상부 절연체(50)는 전지셀의 낙하 또는 강한 외력이 전지셀에 인가될 때, 예를 들어, 전지셀의 좌측 상단에서 인가된 외력에 의해 기울어지면서, 양극(20)보다 돌출된 음극(40)을 누르게 되고, 외력을 받은 음극(40)의 상단이 절곡되면서 양극(20)의 상단과 접촉됨으로써, 내부 단락을 유발할 있다. 이러한 내부 단락은 이차전지의 안전성에 심각한 지장을 초래한다.
외부 충격에 의한 젤리-롤의 안정성 문제와 관련하여 다양한 연구들이 수행된 바 있다. 일 예로, 일본 특허출원공개 제1998-125335호에는 외부 충격시 전지의 내부단락을 방지하고 생산성을 향상시키기 위하여, 젤리-롤을 수납한 전지케이스의 바닥면과 전기적으로 연결되어 있고 젤리-롤에서 도출된 리드(lead)판 사이에 리드판과 열용착된 상태로 개재되어 있는 열용착성 절연판을 구비한 전지가 개시되어 있다.
일반적으로, 원통형 또는 각형 전지에서 젤리-롤의 상단 부위는 제조공정상의 한계, 구조적 특징으로 인해, 전지케이스인 금속 캔의 개방에 장착되는 캡 어셈블리 또는 탑 캡으로부터 소정의 간격으로 이격되어 있다. 따라서, 외부 충격 또는 낙하시 유발되는 안전성 문제는 젤리-롤의 하단보다는 상단에서 심각하지만, 상기 출원의 전지 구조는 젤리-롤의 하부에 가해지는외력만을 고려하였을 뿐, 상부에 가해지는 외력 및 상부쪽으로 유발된 전지셀의 낙하에 따른 문제점을 근본적으로 해결하지는 못한다.
따라서, 이러한 문제점을 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, 젤리-롤의 상단에 절연성의 부재('상부 절연체')가 탑재되어 있는 이차전지에서, 상부 절연체의 하단면을 소정의 형태로 젤리-롤의 상단에 결합시킬 경우, 낙하 또는 외부 충격의 인가시에도 젤리-롤의 상단부가 상부 절연체에 의해 눌림으로써 초래되는 젤리-롤의 변형을 억제하여, 내부 단락을 근본적으로 방지할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지는, 양극/분리막/음극 구조의 젤리-롤이 전지케이스에 내장되어 있고 상기 젤리-롤의 상단에 절연성의 부재('상부 절연체')가 탑재되어 있는 이차전지로서, 상기 상부 절연체의 하단면은 열적 소성변형에 의해 젤리-롤의 상단에 결합되어 있는 것으로 구성되어 있다.
본 발명에 따른 이차전지에서, 상부 절연체의 하단면은 젤리-롤의 상단 형상에 대응하여 열적 소성변형에 의해 결합되어 있어서, 전지의 낙하 또는 외부 충격의 인가시에도 상부 절연체에 젤리-롤의 상단부가 눌리면서 발생할 수 있는 젤리-롤의 변형을 억제할 수 있으므로, 전극간 단락 또는 전극과 캔의 단락을 방지할 수 있다. 또한, 종래 젤리-롤과 금속 소재의 전지케이스와의 단락을 방지하기 위해 상대적으로 큰 보호 테이프 등을 부착하였는 바, 경우에 따라서는 이러한 추가적인 공정을 생략할 수 있으므로 제조 공정이 단순화시킴으로써 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
일반적으로, 상기 상부 절연체가 젤리-롤의 상단에 분리된 상태로 탑재되어 있거나, 접착제 등에 의해 단순히 부착되어 있는 경우에는, 전지의 낙하 또는 외부 충격의 인가시, 예를 들어, 젤리-롤의 상단에서 양극보다 길게 돌출된 음극의 단부가 절곡되는 등의 변형이 일어나게 되며, 이로 인해 양극과 접촉되면서 내부 단락이 발생하게 된다. 그러나, 본 발명에서와 같이, 불균일한 전극조립체 상단에 대응하여 상부 절연체의 하단면이 소성변형되면서 결합되면, 음극 단부의 변형이 일어나기 어렵게 되고, 음극의 변형이 일어나더라도 양극의 단부와 접촉되기는 어렵게 되므로, 음극과 양극의 접촉에 의한 단락이 방지된다.
따라서, 상기 '열적 소성변형'은 가열에 의해 상부 절연체의 적어도 하단면이 전극조립체의 상단 형상에 대응하여 비가역적으로 변형되는 것을 의미한다. 열적 소성변형 과정에서 분리막은 상부 절연체의 하단면에 융착될 수도 있으며, 상대적으로 길게 돌출된 전극(예를 들어, 음극)의 단부가 상부 절연체에 삽입되는 형상이 만들어진다. 경우에 따라서는, 상대적으로 낮은 높이의 전극(예를 들어, 양극)의 단부에 상부 절연체의 일부가 도달할 수 있도록 소성변형이 행해질 수도 있다.
이러한 열적 소성변형에 의한 젤리-롤 상단/상부 절연체 하단면의 결합은 다양한 방법으로 달성될 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 젤리-롤 상단에 대한 상부 절연체 하단면의 결합은, 상부 절연체의 하단면이 용융(melting)되면서 젤리-롤의 상단에 열융착됨으로써 달성될 수 있다.
상기 용융은 물질의 상태가 고상에서 액상으로 변화되는 것을 의미하는 바, 상부 절연체의 하부 또는 상부 절연체 전체를 그것의 융점 전후의 온도로 가열하여 소망하는 열융착을 수행할 수 있다.
상기 열융착을 위한 상부 절연체의 소재는 전체가 하나의 소재로 구성될 수도 있고, 부분적으로 다른 소재로 구성될 수도 있다.
예를 들어, 상부 절연체를 단면상의 상부와 하부로 나누어, 상부는 열적 소성변형을 위한 가열시에도 그 형상을 유지할 수 있는 소정의 강성(Rigidity)과 높은 융점을 가진 소재로 구성하고, 하부는 상대적으로 낮은 융점을 가진 소재로 구성하여, 하부 소재의 융점으로 열을 인가할 때, 상부 절연체의 하단면이 젤리-롤 상단의 형상에 대응하여 소성 변형되면서 열융착 되도록 할 수 있다.
상기 열융착을 위한 소재의 융점은 60 내지 80℃의 온도범위에 있는 것이 바람직하다. 소재의 융점이 60℃ 보다 낮으면, 전지의 작동 상태의 온도에 근접하여, 전지의 작동 상태에서 액상으로 변하여 젤리-롤에 영향을 줄 수 있으므로 바람직하지 않다. 반면에, 소재의 융점이 80℃ 보다 높으면, 용융을 위한 가열시 상부 절연체와 함께 온도가 상승할 수 있는 젤리-롤에서 전극 활물질 등의 열화를 초래할 수 있으므로 바람직하지 않다.
이러한 소재는 젤리-롤의 화학적 성질에 영향을 미치지 않으면서 상기 온도 범위에 용융된 후, 젤리-롤 상단의 형상에 대응하는 형상으로 변형됨과 동시에 냉각되어 젤리-롤 상단에 결합될 수 있는 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 cis-1,4-Polyisoprene, trans-1,4-Polyisoprene, cis-1,4-Polyisoprene, Poly(ethylene adipate)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
젤리-롤 상단에 상부 절연체의 하단면을 결합시키는 또 다른 바람직한 예로는, 상부 절연체의 하단면이 연화(softening)되면서 젤리-롤 상단의 형상에 대응하여 소성 변형되는 구성을 들 수 있다.
상부 절연체 하단면의 연화는 용융과 마찬가지로 열적 소성변형이 가능할 수 있는 하나의 예이지만, 일반적으로 소재의 융점 보다 낮은 온도에서 고상의 물질이 가열에 의해 부드러운 상태로 변화되는 상태를 의미한다. 이와 같이, 부드러운 상태로 변화된 상부 절연체 하단면은 젤리-롤의 상단 형상에 대응하는 형상으로 변화되면서 젤리-롤 상단에 결합될 수 있다.
상부 절연체의 연화가 가능한 온도 역시, 앞서 설명한 바와 같은 이유로 인해, 60 내지 80℃의 온도범위에 있는 것이 바람직하다.
이러한 소재는 젤리-롤의 화학적 성질에 영향을 미치지 않으면서, 상기 온도 범위에서 연화되어 젤리-롤 상단의 형상에 대응하는 형상으로 변형되면서 결합될 수 있는 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 폴리비닐아세탈, 비니온(Vinyon), 메타크릴수지, 페체섬유(pc fiber) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 것일 수 있다.
상기 열적 소성변형을 위한 가열은 전지의 조립 과정에서 수행할 수도 있고 조립이 완료된 상태에서 수행할 수도 있다.
구체적으로, 전지의 조립 과정 중 상부 절연체를 젤리-롤의 상단에 탑재한 상태에서 수행할 수 있다. 또한, 전지케이스에 젤리-롤을 탑재하고, 그 위에 상기 상부 절연체를 탑재한 후, 캡 어셈블리 등의 전지 상단의 부품을 최종적으로 탑재하여, 밀봉한 다음 외부에서 열을 가함으로써, 상부 절연체의 하단면이 용융 내지 연화되게 하여 젤리-롤의 상단과 결합시킬 수도 있다.
경우에 따라서는, 완성된 전지의 작동 중 비정상적인 작동 조건에서 발생하는 열에 의해 열적 소성변형을 수행할 수도 있다. 이 경우, 젤리-롤 상에 절연체가 단지 탑재된 상태로 제조된 이차전지에서, 상부 절연체의 하단면을 완성된 전지의 작동 중 비정상적인 작동 조건에서 발생하는 열에 의해 용융될 수 있는 소재로 구성함으로써, 비정상적인 작동에 의한 전지 내부의 단락이 발생하기 전에, 젤리-롤의 상단과 상부 절연체의 하단면이 결합되게 하여, 단락의 가능성을 줄일 수도 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 상부 절연체를 젤리-롤의 상단에 탑재한 상태에서 열적 소성변형을 위한 가열 중, 젤리-롤의 상단이 변형되지 않는 범위에서 상부 절연체를 가압하여 소성변형을 더욱 용이하게 달성할 수 있다. 이 경우, 상부 절연체의 적어도 일부를 그것의 융점 이상으로 가열하지 않더라도, 상부 절연체의 하단면이 가열에 의해 연화되면서 젤리-롤 상단의 형상에 대응하여 소성 변형이 가능하게 되므로, 상대적으로 낮은 온도에서도 소망하는 소성변형을 달성할 수 있다.
상기 전지케이스는 각형 또는 원통형의 금속 캔인 것이 바람직한 바, 각형 이차전지 또는 원통형 이차전지는 공통적으로 양극/분리막/음극의 전극조립체를 전지케이스에 탑재한 후 상부 절연체를 탑재하고, 베이스 플레이트(Base Plate)나 캡 어셈블리와 같은 전지 상단 부품을 덮고 밀봉하여 제조된다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지의 제조 과정에서 젤리-롤의 상단에 탑재되는 절연성의 부재로서, 적어도 하부가 60 내지 80℃의 융점 또는 연화점을 가진 소재로 이루어진 상부 절연체를 제공한다.
일반적인 이차전지에서 사용되는 상부 절연체가 적어도 100℃ 이상의 융점을 가진 소재로 이루어져 있음을 고려할 때, 본 발명에 따른 상부 절연체는 그 자체로서 신규한 절연체이다.
이러한 상부 절연체는 다양한 구조가 가능하며, 예를 들어, 수직 단면상의 상부와 하부로 나누었을 경우,
i) 상부는 용융을 위한 가열시에도 그 형상을 유지할 수 있는 소정의 강성과 높은 녹는점을 가진 소재로 이루어져 있고, 하부는 60 내지 80℃의 낮은 온도에서 용융됨으로써 젤리-롤의 상단의 형상에 대응하여 소성변형될 수 있는 소재로 이루어진 구조,
ii) 상부는 연화를 위한 가열 시에도 그 형상을 유지할 수 있는 소정의 강성과 높은 연화점을 가진 소재로 이루어져 있고, 하부는 60 내지 80℃의 낮은 온도에서 연화됨으로써 젤리-롤의 상단의 형상에 대응하여 소성변형될 수 있는 소재로 이루어진 구조,
iii) 상부 및 하부 모두 60 내지 80℃의 낮은 온도에서 용융되는 소재로 이루어진 구조, 및
iv) 상부 및 하부 모두 60 내지 80℃의 낮은 온도에서 연화되는 소재로 이루어진 구조 등을 들 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 상부 절연체가 젤리-롤의 상단 형상에 대응하는 형상으로 결합되어 있는 상태의 부분 단면도가 모식적으로 도시되어 있다. 젤리-롤의 전반적인 구조는 도 1에서와 동일하므로, 이하에서는 본 발명의 특징적인 사항에 대해서만 설명한다.
도 3을 참조하면, 젤리-롤(100)의 상단에 탑재되어 있는 상부 절연체(500)는 그것의 하단면(510)이 젤리-롤(100)의 상단에 대응하는 형상으로 변형되어 있고, 그러한 변형에 의해 상호 결합 상태를 유지하고 있다.
구체적으로, 상부 절연체(500)의 하단면(510)은 젤리-롤(100) 중 음극(400)의 상단을 감싸면서 대략 양극(200)의 상단에 도달하는 정도로 변형되어 있다. 양극(200) 및 음극(400)과 비교하여 상대적으로 부드러운 소재로 이루어진 분리막(300)은 소성변형 과정에서 상부 절연체(500)의 하단면(510)에 융합된다.
상대적으로 돌출된 음극(400)의 단부를 감싸는 형태로 상부 절연체(500)의 하단면이 결합되어 있으므로, 전지의 낙하 또는 외부 충격의 인가시에도 음극(400) 단부의 변형이 유발되지 않거나, 적어도 양극(200)과의 접촉이 방지되므로, 음극(400)과 양극(200)의 접촉에 의한 단락이 초래되지 않는다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
양극 활물질로서 LiCoO2 95 중량%, 도전제로서 Super-P 2.5 중량%, 및 바인더로서 PVdF 2.5 중량%를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하고, 음극 활물질로서 인조흑연 94 중량%, 도전제로서 Super-P 1.5 중량%, 및 바인더로서 PVdF 4.5 중량%를 용제인 NMP에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조한 후, 알루미늄 시트와 구리 시트 상에 각각 코팅, 건조 및 압착하여 양극 및 음극을 제조하였다.
상기 양극과 음극 사이에 다공성 분리막(셀가드TM)을 개재시킨 상태에서 둥글게 권취하여 젤리-롤을 제조하였다.
그런 다음, 젤리-롤 상에 cis-1,4-polyisoprene 소재의 상부 절연체를 탑재하고, 약 75℃로 가열하면서 열융착시킨 후, 이러한 젤리-롤을 원통형 전지케이스에 내장하고, 1M LiPF6의 카보네이트계 전해질을 함침하여 상단에 CID를 장착하여 18650 규격(직경 18 mm, 길이 65 mm)의 원통형 전지를 제조하였다.
[실시예 2]
젤리-롤 상에 cis-1,4-polyisoprene 소재의 상부 절연체를 전극조립체의 상단이 탑재한 후, 약 70℃로 가열하여 연화시킨 상태에서 젤리-롤이 변형되지 않는 범위내에서 가압하여 결합시켰다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 전지를 제조하였다.
[비교예 1]
젤리-롤을 원통형 전지케이스에 내장한 후, 폴리프로필렌 소재의 상부 절연체를 젤리-롤 상에 단순히 탑재하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 전지를 제조하였다.
[비교예 2]
접착제를 사용하여 젤리-롤 상에 상부 절연체를 접착시킨 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 전지를 제조하였다.
[실험예 1]
상기 실시예 1 및 2와 비교예 1 및 2에서 각각 제조된 만충전 상태의 원통형 전지들 각각 30 개씩에 대해 전지의 수직 방향으로, 무게 9.1 kg 및 직경 15.8 mm 의 봉을 610 25 mm 높이에서 낙하시켜 발화 또는 폭발의 발생 여부를 확인하는 충격 실험을 실시하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
<표 1>
Figure 112007003108711-pat00001
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1과 실시예 2에 따른 모든 전지들은 발열 또는 발화가 일어나지 않은 반면에, 비교예 1에 따른 전지들 중 5 개의 전지들과 비교예 2에 따른 4 개의 전지들에서 발열 또는 발화가 확인되었다.
따라서 상부 절연체가 젤리-롤의 상단에 열적 소성과정에 의해 결합되어 있는 본 발명에 따른 전지는, 상부 절연체가 젤리-롤 상단에 단순 탑재되어 있거나, 또는 접착제에 의해 접착되어 있는 전지보다 외부 충격에 대한 크게 안전성이 향상되었음을 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 이차전지는 젤리-롤의 상단에 상부 절연체가 탑재되어 있는 이차전지로서, 상부 절연체의 하단면이 열적 소성변 형에 의해 젤리-롤의 상단에 결합되어 있어서, 낙하 또는 외부 충격의 인가 시에도 상부 절연체에 의해 젤리-롤의 상단부가 눌림으로 인한 변형이 억제되어, 전극간 단락 또는 전극과 캔의 단락을 방지할 수 있으므로 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 양극/분리막/음극 구조의 젤리-롤이 전지케이스에 내장되어 있고 상기 젤리-롤의 상단에 절연성의 부재('상부 절연체')가 탑재되어 있는 이차전지로서, 상기 상부 절연체의 하단면은 열적 소성변형에 의해 젤리-롤의 상단에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 젤리-롤 상단에 대한 상부 절연체 하단면의 결합은, 상부 절연체의 적어도 하단면이 용융(melting)되면서 젤리-롤의 상단에 열융착 됨으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 상부 절연체의 적어도 하부는 60 내지 80℃의 융점을 가진 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 상부 절연체 전체는 60 내지 80℃의 융점을 가진 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 소재는 cis-1,4-Polyisoprene, trans-1,4-Polyisoprene, cis-1,4-Polyisoprene, 및 Poly(etylene adipate)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 젤리-롤 상단에 대한 상부 절연체 하단면의 결합은, 상부 절연체의 하단면이 연화(softening)되면서 젤리-롤 상단의 형상에 대응하여 소성 변형됨으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 상부 절연체 전체 또는 그것의 하부는 60 내지 80℃의 연화점을 가진 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 소재는 폴리비닐아세탈, 비니온(Vinyon), 메타크릴수지, 및 페체섬유(pc fiber)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 열적 소성변형을 위한 가열은 전지의 조립 과정 중 상부 절연체를 젤리-롤의 상단에 탑재한 상태에서 수행하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 열적 소성변형을 위한 가열은 전지의 조립 과정 중 전지케이스를 밀봉한 상태에서 수행하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 가열 과정 중, 젤리-롤의 상단이 변형되지 않는 범위에서 상부 절연체를 가압하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 각형 또는 원통형의 금속 캔인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 이차전지의 제조 과정에서 젤리-롤의 상단에 탑재되는 절연성의 부재로서, 적어도 하부가 60 내지 80℃의 융점 또는 연화점을 가진 소재로 이루어진 상부 절연체.
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