KR101330614B1 - 이차전지 - Google Patents

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KR101330614B1
KR101330614B1 KR1020110090370A KR20110090370A KR101330614B1 KR 101330614 B1 KR101330614 B1 KR 101330614B1 KR 1020110090370 A KR1020110090370 A KR 1020110090370A KR 20110090370 A KR20110090370 A KR 20110090370A KR 101330614 B1 KR101330614 B1 KR 101330614B1
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스 및 케이스와 전극 조립체의 외표면 사이에 탄성부재를 포함하고, 탄성부재는 일 축을 가지는 중공부로 규정된 경사면을 포함하며, 경사면은 상기 중공부의 상기 일축에 상대적으로 기울어진 위치를 가진다.

Description

이차전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 셀 스웰링(cell swelling)을 억제하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있다. 고출력 이차 전지는 복수의 이차 전지를 직렬로 연결하여 구성되며, 대전력을 필요로 하는 기기, 예를 들면, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있다.
이차 전지는 세퍼레이터(separator)의 양면에 양극(positive electrode)과 음극(negative electrode)을 구비하여 형성되는 전극 조립체, 전극 조립체를 내장하는 케이스, 케이스의 개구를 밀폐하는 캡 플레이트, 및 캡 플레이트에 관통 설치되어 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 전극단자를 포함한다.
전극 조립체에서 충전 및 방전이 반복되므로, 과도한 열이 발생되거나, 전해액이 분해된다. 따라서 양극, 세퍼레이터 및 음극 사이의 간격들이 벌어지고, 전극 조립체가 부풀어 오르게 된다. 결국, 셀 스웰링(cell swelling)이 발생 된다.
본 발명의 일 측면은 양극, 세퍼레이터 및 음극 사이의 간극을 설정 범위 이내로 유지시킴으로써 전극 조립체의 스웰링을 억제하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스 및 케이스와 전극 조립체의 외표면 사이에 탄성부재를 포함하고, 탄성부재는 일 축을 가지는 중공부로 규정된 경사면을 포함하며, 경사면은 중공부의 일축에 상대적으로 기울어진 위치를 가진다.
또한, 탄성부재는 중공부를 둘러싸는 고리모양 구조를 가질 수 있다.
또한, 고리모양 구조는 폐곡선 구조일 수 있다.
또한, 중공부는 둥글게 처리된 모서리를 가진 육면체 모양일 수 있다.
또한, 중공부는 둥근 끝 단을 가지고 바깥으로 돌출되는 손가락 모양의 돌기를 가진 타원형일 수 있다.
또한, 중공부는 둥근 모양일 수 있다.
또한, 중공부는 경사면의 가장자리들에 의해 규정될 수 있고, 경사면의 가장자리들은 서로 마주보는 오목부를 가진 한 쌍의 곡선부, 곡선부들의 끝 단들을 연결하는 한 쌍의 직선부를 포함할 수 있다.
또한, 중공부는 상기 경사면들의 가장자리들에 의해 규정될 수 있고, 경사면의 가장자리들은 네개의 사분원부들, 및 사분원부들의 끝 단을 연결하는 직선부들을 포함할 수 있다.
또한, 이차 전지는 전극 조립체의 외표면과 케이스 사이에 복 수의 탄성부재들을 포함할 수 있다.
또한, 복 수의 탄성부재들은 내측 탄성부재와 외측 탄성부재를 포함하고, 내측 탄성부재는 외측 탄성부재와 전극 조립체의 사이에 위치하고, 외측 탄성부재는 케이스와 내측 탄성부재의 사이에 위치하며, 복 수의 탄성부재는 경사면들이 같은 방향으로 경사지는 표면 접촉 상태로 적층 될 수 있다.
또한, 복 수의 탄성부재들은 내측 탄성부재와 외측 탄성부재를 포함하고,
내측 탄성부재는 외측 탄성부재와 전극 조립체의 사이에 위치하고, 외측 탄성부재는 케이스와 내측 탄성부재의 사이에 위치하며, 복 수의 탄성부재는 경사면들이 반대 방향으로 경사지는 선 접촉 상태로 적층 될 수 있다.
또한, 탄성부재는 전극 조립체를 향하여 탄성력을 작용할 수 있다.
또한, 탄성 부재는 경사면에 의해 형성되는 꼭지가 잘린 고깔 모양일 수 있다.
또한, 경사면은 제1 원주를 규정하는 일 축 끝 단과 제2 원주를 규정하는 다른 축 끝 단을 포함할 수 있고, 제1 원주는 제2 원주와 다를 수 있다.
또한, 경사면은 케이스로부터 전극 조립체를 향하여 내측으로 경사질 수 있다.
또한, 경사면은 비교적 느슨하거나 비교적 압박된 위치 사이에서 움직일 수 있고, 중공부의 축을 기준으로 경사면의 경사각은 비교적 느슨한 위치에서보다 비교적 압박된 위치에서 더 클 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체와 케이스 사이 공간에 탄성부재를 설치하여, 케이스의 반력으로 전극 조립체를 설정된 압력으로 지지함으로써, 사용 초기부터 양극, 세퍼레이터 및 음극 사이의 간극을 설정 범위 이내로 유지시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 탄성부재가 전극 조립체와 케이스 사이 공간의 외곽에 설치되어, 전극 조립체의 중앙부에서 발생되는 팽창력을 케이스의 외곽으로 분산시키므로 설정된 시간 사용 후에도, 양극, 세퍼레이터 및 음극 사이의 간극이 설정 범위 이내로 유지된다. 따라서 전극 조립체의 스웰링 및 셀 스웰링(cell swelling)이 방지된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다.
도 4는 도 1의 이차 전지에서 전극 조립체와 음극 집전 리드 탭의 연결 상태의 측면도이다.
도 5는 도 1의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다.
도 6은 도 3의 전극 조립체와 탄성부재를 분해하여 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 평면도이다.
도 8은 전극 조립체와 케이스 사이에 배치되는 탄성부재의 작동 상태 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체와 탄성부재의 배치 관계를 나타내는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 13는 도 12에 나타나 있는 전극 조립체와 탄성부재의 배치 관계를 나타내는 측면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 상태의 단면도이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 내장하는 케이스(15), 케이스(15)의 개구에 결합되는 캡 플레이트(20), 캡 플레이트(20)에 설치되는 제1, 제2 전극단자(21, 22), 및 케이스(15)와 전극 조립체(10) 사이에 설치되는 탄성부재(71, 72)를 포함할 수 있다. 전극 조립체(10)는 하나 또는 복수로 형성될 수 있다.
제1 실시예에 따른 이차 전지(100)는 각형의 리튬 이온 이차 전지를 예시한다. 그러나 본 발명은 제1 실시예에 제한되는 것은 아니며, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 원통형 이차 전지 등 다양한 형태의 이차 전지에 적용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 전극 조립체(10)는 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 음극(negative electrode)(11)과 양극(positive electrode)(12)을 포함할 수 있다. 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 젤리롤 상태로 귄취하여 형성될 수 있다.
또한, 전극 조립체는 세퍼레이터를 사이에 두고 단일 판으로 이루어지는 음극과 양극을 적층하여 조립되거나, 음극, 세퍼레이터 및 양극을 지그재그 방식으로 접어서 적층하여 조립될 수 있다(미도시).
음극(11) 및 양극(12)은, 각각 금속판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부, 및 활물질을 도포하지 않아 노출된 집전체로 형성되는 무지부(11a, 12a)를 포함할 수 있다.
음극(11)의 무지부(11a)는 권취되는 음극(11)을 따라 음극(11)의 한 쪽 단부에 형성될 수 있다. 양극(12)의 무지부(12a)는 권취되는 양극(12)을 따라 양극(12)의 한 쪽 단부에 형성될 수 있다. 따라서 무지부들(11a, 12a)은 전극 조립체(10)의 양단에 각각 배치될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 전극 조립체(10)는 복수 개로 형성될 수 있다. 따라서 전극 조립체들(10)에서 각각의 음극들(11)은 음극 집전 리드 탭(31)을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 양극들(12)은 양극 집전 리드 탭(32)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 본 발명은 전극 조립체를 1개로 형성하는 이차 전지에도 적용될 수 있다.
예를 들면, 케이스(15)는 내부에 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 공간을 설정하도록 대략 직육면체로 이루어질 수 있으며, 외부와 내부 공간을 연결하는 개구를 직육면체의 일면에 형성할 수 있다. 개구는 전극 조립체(10)를 케이스(15)의 내부로 삽입할 수 있게 한다.
캡 플레이트(20)는 얇은 판재로 이루어질 수 있으며 케이스(15)의 개구에 설치됨으로써 케이스(15)를 밀폐할 수 있다. 캡 플레이트(20)는 전해액 주입구(29)와 벤트 홀(24)을 더 구비할 수 있다. 전해액 주입구(29)는 케이스(15)에 캡 플레이트(20)를 결합한 후, 케이스(15) 내부로 전해액의 주입을 가능하게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(29)는 밀봉 마개(27)로 밀봉될 수 있다.
벤트 홀(24)은 이차 전지(100)의 내부 압력의 배출을 가능하게 하며, 벤트 플레이트(25)로 밀폐될 수 있다. 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력에 이르면, 벤트 플레이트(25)가 개방될 수 있다. 벤트 플레이트(25)는 개방을 유도하는 노치(25a)를 가질 수 있다.
제1, 제2 전극단자(21, 22)는 캡 플레이트(20)를 관통하여 설치되어 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉 제1, 제2 전극단자(21, 22)는 전극 조립체(10)의 음극(11)과 양극(12)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 전극 조립체(10)는 제1, 제2 전극단자(21, 22)를 통하여 케이스(15)의 외부에 전기적으로 인출될 수 있다.
제1, 제2 전극단자(21, 22)는 캡 플레이트(20)에 형성된 각각의 단자홀(311, 312)에 설치되는 기둥부(21a, 22a), 케이스(15)의 내측에서 기둥부(21a, 22a)에 형성되는 플랜지(21b, 22b), 및 케이스(15)의 외측에 배치되어 기둥부(21a, 22a)에 결합되는 터미널 플레이트(21d, 22d)를 포함할 수 있다.
터미널 플레이트(21d, 22d)는 이웃하는 다른 이차 전지들의 터미널 플레이트(미도시)에 버스바(미도시)로 연결될 수 있기 때문에, 이차 전지들(100)을 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있게 한다.
제1 전극단자(21) 측에서, 음극 개스킷(36)은 제1 전극단자(21)의 기둥부(21a)와 캡 플레이트(20)의 단자홀(311) 내면 사이에 설치되어, 제1 전극단자(21)의 기둥부(21a)와 캡 플레이트(20)의 단자홀(311) 사이를 실링할 수 있다. 음극 개스킷(36)은 플랜지(21b)와 캡 플레이트(20) 사이에 더 연장 설치되어, 플랜지(21b)와 캡 플레이트(20)의 사이를 더 실링할 수 있다. 즉 음극 개스킷(36)은 캡 플레이트(20)에 제1 전극단자(21)를 설치함으로써 단자홀(311)을 통하여 전해액이 새는 것(leak)을 방지할 수 있다.
제2 전극단자(22) 측에서, 양극 개스킷(39)은 제2 전극단자(22)의 기둥부(22a)와 캡 플레이트(20)의 단자홀(312) 내면 사이에 설치되어, 제2 전극단자(22)의 기둥부(22a)와 캡 플레이트(20)의 단자홀(312) 사이를 실링할 수 있다. 양극 개스킷(39)은 플랜지(22b)와 캡 플레이트(20) 사이에 더 연장 설치되어, 플랜지(22b)와 캡 플레이트(20)의 사이를 더 실링할 수 있다.
예를 들어, 제2 전극 단자(22)는 캡 플레이트(20)에 설치될 수 있다. 따라서, 양극 개스킷(39)은 캡 플레이트(20)에 제2 전극단자(22)를 설치함으로써 단자홀(312)을 통하여 전해액이 새는 것(leak)을 방지할 수 있다.
또한, 탑 플레이트(21c)와 단자 플레이트(21)는 절연부재들(41, 42)로 절연될 수 있다.
음극, 양극 집전 리드 탭(31, 32)은 제1, 제2 전극단자(21, 22)를 전극 조립체(10)의 음극(11)과 양극(12)에 전기적으로 각각 연결할 수 있다. 즉 음극, 양극 집전 리드 탭(31, 32)을 기둥부(21a, 22a)의 하단에 결합하여 하단을 코킹함으로써, 음극, 양극 집전 리드 탭(31, 32)은 플랜지(21b, 22b)에 지지되면서 기둥부(21a, 22a)의 하단에 결합될 수 있다.
음극, 양극 집전 리드 탭(31, 32)은 동일한 구조로 형성되므로 양극 집전 리드 탭(32)에 대한 설명을 생략하고, 음극 집전 리드 탭(31)을 예로 들어 4개의 전극 조립체(10)에 연결되는 구성을 설명한다.
도 4는 도 1의 이차 전지에서 전극 조립체와 음극 집전 리드탭의 연결 상태의 측면도이다. 도 4를 참조하면, 음극 집전 리드 탭(31)은 제1 전극 단자(21)에 연결되고 전극 조립체들(10) 사이에 삽입되는 제1, 제2, 제3, 제4 전극 조립체 접합부(63, 64. 65, 66)를 포함할 수 있다.
4개의 전극 조립체들(10)은 서로 겹쳐질 수 있다. 또한 양측 단부에 각각의 무지부(11a, 12a)가 형성될 수 있다. 도 4에서 음극(11)의 무지부들(11a)은 활물질이 코팅된 코팅부보다 더 작은 두께를 가지므로 무지부들(11a) 사이에는 이격된 공간이 형성될 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4 전극 조립체 접합부들(63, 64. 65, 66)은 무지부들(11a) 사이 공간에 각각 삽입 설치될 수 있다.
제1, 제2, 제3, 제4 전극 조립체 접합부들(63, 64. 65, 66)은 절곡되어 서로 평행하게 형성되며, 음극(11)의 무지부(11a)와 평행하게 배치되어 무지부(11a)에 초음파 용접으로 접합될 수 있다.
도3을 참조하면, 음극, 양극 절연부재(41, 42)는 음극, 양극 집전 리드 탭(31, 32)과 캡 플레이트(20) 사이에 각각 설치될 수 있어, 음극, 양극 집전 리드 탭(31, 32)과 캡 플레이트(20)를 각각 전기적으로 절연시킬 수 있다.
도 5는 도 1의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다. 도 2 및 도 5를 참조하면, 탄성부재(71, 72)는 케이스(15)와 전극 조립체(10) 사이에 설정되는 공간(S1, S2)에 각각 설치될 수 있다. 본 실시예에서 도시되지는 않았으나, 탄성부재(71, 72)는 복수의 전극 조립체들(10) 중 외측에 배치되는 전극 조립체(10)와 케이스(15)의 내면 사이에 각각 설치될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 탄성부재들(71, 72)은 복수의 전극 조립체들(10) 사이에서 외측과 케이스(15)의 내측에 설치되어 전극 조립체(10)를 탄성적으로 지지한다. 예를 들어, 탄성부재(71, 72)는 케이스(15)와 전극 조립체(10)의 외표면 사이에 설치될 수 있다.
탄성부재(71, 72)는 이차 전지(100)를 최초로 사용하기 전부터 자체 탄성에 의한 케이스(15)의 반력으로 전극 조립체(10)를 설정된 압력으로 지지함으로써, 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12) 사이의 간극들을 설정 범위 이내로 유지시킬 수 있다. 따라서 이차 전지(100)의 사용 초기에 가스 발생이 억제될 수 있고, 이로 인하여, 셀 스웰링(cell swelling)이 억제될 수 있다.
탄성부재(71, 72)는 전극 조립체(10)와 케이스(15) 사이에 설정되는 공간(S1, S2) 내에서 외곽 측에 설치되어, 전극 조립체(10)를 지지될 수 있다. 따라서 탄성부재(71, 72)는 이차 전지(100)의 사용 중에, 전극 조립체(10)의 중앙부에서 발생되는 팽창력을 케이스(15)의 외곽으로 분산시킬 수 있다.
케이스(15)는 구조적으로 외곽 부분에서 가장 큰 기계적 강성을 가질 수 있다. 따라서 탄성부재(71, 72)가 전극 조립체(10)의 외곽을 지지할 수 있으므로 셀 스웰링을 효과적으로 방지할 수 있다.
예시된 바와 같이, 케이스(15)는 직육면체로 형성될 수 있으므로, 6면 중, 직사각형의 넓은 면적을 가지는 2면의 제1, 제2 내측면(151, 152)을 가질 수 있다. 전극 조립체(10)는 무지부(11a, 12a)를 제외한 부분으로 설정되어, 제1, 제2 내측면(151, 152)에 대응하는 제1, 제2 외측면(101, 102)을 가질 수 있다. 제1, 제2 외측면(101, 102)은 복수 전극 조립체들(10) 중 외측에 배치되는 최외측면이며, 하나의 전극 조립체(10)의 외측 양면(미도시)일 수도 있다.
탄성부재(71, 72)는 각 공간(S1, S2)에서 제1, 제2 내측면(151, 152) 및 제1, 제2 외측면(101, 102)의 외곽측에 대응하여 배치될 수 있다. 탄성부재(71, 72)는 스테인레스나 동합금으로 형성될 수 있다. 편의상, 공간(S1)의 제1 내측면(151)과 제1 외측면(101) 사이에 배치되는 탄성부재(71)를 예로 들어 설명한다.
도 6은 도 3의 전극 조립체와 탄성부재를 분해하여 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 6의 평면도이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 탄성부재(71, 72)는 접시 스프링(Belleville spring)으로 형성된다. 예를 들면, 각각의 탄성부재(71, 72)는 설정된 폭을 가지는 폐곡선을 형성하는 띠형상의 접시 모양으로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 탄성부재(71, 72)는 일 축을 가지는 중공부를 규정하는 경사면을 포함할 수 있으며, 경사면은 상기 중공부의 상기 일축에 상대적으로 기울어진 위치를 가질 수 있다. 여기서, 탄성부재(71, 72)는 상기 중공부를 둘러싸는 고리모양 구조를 가질 수 있으며, 고리모양 구조는 폐곡선 구조일 수 있다.
또한, 중공부는 둥글게 처리된 모서리를 가진 육면체 모양일 수도 있고, 둥근 모양일 수 도 있다.
또한, 탄성부재(71, 72)는 전극 조립체를 향하여 탄성력을 작용할 수 있으며, 탄성부재(71, 72)는 경사면에 의해 형성되는 꼭지가 잘린 고깔 모양일 수도 있다.
또한, 경사면은 제1 원주를 규정하는 일 축 끝 단과 제2 원주를 규정하는 다른 축 끝 단을 포함할 수 있고, 제1 원주는 제2 원주와 다를 수 있다. 여기서, 경사면은 케이스로부터 전극 조립체를 향하여 내측으로 경사질 수 있다.
탄성부재(71)는 공간(S1)에서 제1 내측면(151)과 제1 외측면(101)의 외곽에 대응하도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 탄성부재(71)는 전극 조립체(10)에서 제1 외측면(101)의 단변 측에서 띠 형상의 반원을 형성하고, 장변 측에서 양측 반원을 연결하는 띠 형상의 직선으로 형성될 수 있다.
예를 들면, 중공부는 경사면들의 가장자리들에 의해 규정될 수 있고, 경사면의 가장자리들은 네개의 사분원부들, 및 사분원부들의 끝 단을 연결하는 직선부들을 포함할 수 있다.
도 8은 전극 조립체와 케이스 사이에 배치되는 탄성부재의 작동 상태 단면도이다. 도 8을 참조하면, 탄성부재(71)는 전극 조립체(10)의 팽창(가상선 상태)에 따라 제1 내측면(151)에 지지되어, 전극 조립체(10)의 제1 외측면(101) 상의 외곽에서 중심으로 미끄러져 이동하면서(가상선 상태) 전극 조립체(10)의 팽창력을 흡수 및 전달할 수 있다. 예를 들면, 경사면은 비교적 느슨하거나 비교적 압박된 위치 사이에서 움직일 수 있고, 중공부의 축을 기준으로 경사면의 경사각은 비교적 느슨한 위치에서보다 비교적 압박된 위치에서 더 클 수 있다.
즉 탄성부재(71)는 반원 형상 및 직선 형상을 통하여, 이차 전지(100)의 사용 중, 전극 조립체(10)의 중심에서 발생되는 팽창력을 전달받아 케이스(15)의 외곽인 제1 내측벽(151)의 장변과 단변 측으로 균일하게 분산시킬 수 있다(가상선 화살표 참조).
케이스(15)에서 기계적 강성이 큰 부분이 외곽이고, 전극 조립체(10)의 중앙 부분에서 가장 크게 발생되는 팽창력이 케이스(15)의 외곽으로 분산되므로 셀 스웰링이 효과적으로 억제될 수 있다. 이차 전지(100)를 설정된 시간 사용 후에도, 전극 조립체(10)에서 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12) 사이의 간극들은 여전히 설정 범위 이내로 유지될 수 있다.
이하에서 본 발명의 다른 실시예들에 대하여 설명하며, 제1 실시예 및 기설명된 실시예와 비교하여, 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 비교 설명한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지(200)에서, 전극 조립체와 탄성부재의 배치 관계를 나타내는 평면도이다. 도 9를 참조하면, 제2 실시예의 이차 전지(200)에서, 탄성부재(271)는 전극 조립체(10)에서 제1 외측면(101)의 장변과 단변의 연결 부분을 띠 형상의 1/4원으로 형성하고, 장변과 단변에 대응하여 1/4원을 연결하는 띠 형상의 직선으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 중공부는 경사면들의 가장자리들에 의해 규정되고, 경사면의 가장자리들은 네 개의 사분원부들, 및 사분원부들의 끝 단을 연결하는 직선부들을 포함할 수 있다.
따라서 탄성부재(271)는 1/4원 형상 및 직선 형상을 통하여, 이차 전지(200)의 사용 중, 전극 조립체(10)의 중심에서 발생되는 팽창력을 전달받아 케이스(15)의 외곽인 제1 내측벽(151)의 장변과 단변 측으로 균일하게 분산시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 탄성부재(271)는 1/4원을 직선으로 연결할 수 있다. 따라서, 전극 조립체(10)의 팽창력을 케이스(15)의 더 외곽으로 전달 및 분산시킬 수 있다. 본 실시예에 따른 제1 탄성부재(271)는 셀 스웰링 측면에서 더 유리할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지(300)의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(300)에서, 탄성부재(371, 372)는 각각 2개의 접시 스프링들로 형성될 수 있다. 즉, 탄성부재(371, 372)는 서로 면접촉 구조로 배치되는 내측 탄성부재(71a, 72a)와 외측 탄성부재(71b, 72b)를 각각 포함할 수 있다. 예를 들면, 복 수의 탄성부재들(371, 372)은 내측 탄성부재(71a, 72a)와 외측 탄성부재(71b, 72b)를 포함할 수 있고, 내측 탄성부재(71a, 72a)는 외측 탄성부재(71b, 72b)와 전극 조립체(10)의 사이에 위치할 수 있으며, 외측 탄성부재(71b, 72b)는 케이스(15)와 내측 탄성부재(71a, 72a)의 사이에 위치할 수 있고, 복 수의 탄성부재들(371, 372)은 경사면들이 같은 방향으로 경사지는 표면 접촉 상태로 적층 될 수 있다.
내측 탄성부재(71a, 72a)는 공간(S1, S2)에서 전극 조립체(10)의 제1, 제2 외측면(101, 102)에 각각 대응하고, 외측 탄성부재(71b, 72b)는 공간(S1, S2)에서 케이스(15)의 제1, 제2 내측면(151, 152)에 각각 대응할 수 있다.
따라서 전극 조립체(10)의 제1, 제2 외측면(101, 102)의 팽창력은 내측 탄성부재(71a, 72a)로 전달될 수 있고, 이어서 외측 탄성부재(71b, 72b)를 통하여 케이스(15)의 제1, 제2 내측면(151, 152)으로 전달 및 분산될 수 있다.
본 실시예에 따른 탄성부재(371, 372)는 접시 스프링 2개를 사용하므로 전극 조립체(10)의 팽창력을 케이스(15)로 전달 및 분산하는 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지(400)의 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(400)에서, 탄성부재(471, 472)는 각각 2개의 접시 스프링들로 형성되며, 서로 선접촉 구조로 배치되는 내측 탄성부재(71a, 72a)와 외측 탄성부재(71b, 72b)를 각각 포함할 수 있다. 예를 들면, 복 수의 탄성부재들(471, 472)은 내측 탄성부재(71a, 72a)와 외측 탄성부재(71b, 72b)를 포함할 수 있고, 내측 탄성부재(71a, 72a)는 외측 탄성부재(71b, 72b)와 전극 조립체(10)의 사이에 위치할 수 있으며, 외측 탄성부재(71b, 72b)는 케이스(15)와 내측 탄성부재(71a, 72a)의 사이에 위치할 수 있고, 복 수의 탄성부재들(471, 472) 경사면들이 반대 방향으로 경사지는 선 접촉 상태로 적층 될 수 있다.
내측 탄성부재(71a, 72a)는 공간(S1, S2)에서 전극 조립체(10)의 제1, 제2 외측면(101, 102)에 각각 대응하고, 외측 탄성부재(71b, 72b)는 공간(S1, S2)에서 케이스(15)의 제1, 제2 내측면(151, 152)에 각각 대응할 수 있다.
따라서 전극 조립체(10)의 제1, 제2 외측면(101, 102)의 팽창력은 내측 탄성부재(71a, 72a)로 전달되고, 이어서 외측 탄성부재(71b, 72b)를 통하여 케이스(15)의 제1, 제2 내측면(151, 152)으로 전달 및 분산될 수 있다.
본 실시예에따른 탄성부재(471, 472)는 선접촉 구조로 배치되어 서로 탄성 지지되므로, 전극 조립체(10)의 팽창력을 케이스(15)로 전달 및 분산하기 전에, 내측 탄성부재(71a, 72a)와 외측 탄성부재(71b, 72b)의 사이에서 완충 흡수할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차 전지(500)의 단면도이며, 도 13는 도 12에 나타나 있는 전극 조립체와 탄성부재의 배치 관계를 나타내는 측면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(500)에서 탄성부재(571, 572)는 각각 슬롯 디스크 스프링(slotted disc spring)으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 중공부는 둥근 끝 단을 가지고 바깥으로 돌출되는 손가락 모양의 돌기를 가진 타원형일 수 있다.
탄성부재(571, 572)는 공간(S1, S2)에서 전극 조립체(10)의 제1, 제2 외측면(101, 102)과 케이스(15)의 제1, 제2 내측면(151, 152)에 각각 대응할 수 있다. 이때, 탄성부재(571, 572)에서 중심을 향하여 신장된 신장부(71e, 72e)는 전극 조립체(10)의 제1, 제2 외측면(101, 102)의 중심부를 지지할 수 있다.
따라서 전극 조립체(10)의 제1, 제2 외측면(101, 102)의 팽창력은 내측 탄성부재(571, 572)로 전달되고, 이어서 케이스(15)의 제1, 제2 내측면(151, 152)으로 전달 및 분산될 수 있다.
이때, 신장부(71e, 72e)는 팽창력이 최대로 형성되는 전극 조립체(10)의 중심부를 지지하므로 중심부의 평창력을 전극 조립체(10)의 외곽으로 분산하며, 동시에 케이스(15)의 외곽으로 전달 분산시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 탄성부재(571, 572)는 슬롯 디스크 스프링으로 형성되어 전극 조립체(10)의 중심부를 지지하므로, 전극 조립체(10) 중심부의 팽창력을 전극 조립체(10)의 외곽으로 분산하면서, 동시에 케이스(15)의 외곽으로 전달 분산할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 : 전극 조립체 11 : 음극
11a, 12a : 무지부 12 : 양극
13 : 세퍼레이터 15 : 케이스
20 : 캡 플레이트 21, 22 : 제1, 제2 전극단자
21a, 22a : 기둥부 21b, 22b : 플랜지
21d, 22d : 터미널 플레이트 22c : 탑 플레이트
23 : 단락 홀 24 : 벤트 홀
25 : 벤트 플레이트 25a : 노치
27 : 밀봉 마개 29 : 전해액 주입구
31 : 음극 집전 리드 탭 32 : 양극 집전 리드 탭
36 : 음극 개스킷 37 : 절연부재
39 : 양극 개스킷 51 : 단락 탭
52 : 단락부재 61, 62 : 제1, 제2 가지부
63, 64. 65, 66 : 제1, 제2, 제3, 제4 전극 조립체 접합부
71, 72, 271, 371, 372, 471, 472, 571, 572 : 탄성부재
71a, 72a : 내측 탄성부재 71b, 72b : 외측 탄성부재
71e, 72e : 신장부 100, 200, 300, 400, 500 : 이차 전지
101, 102 : 제1, 제2 외측면 151, 152 제1, 제2 내측면
311, 312: 단자홀 S1,S2:공간

Claims (16)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스와 상기 전극 조립체의 외표면 사이에 중공부가 형성된 탄성부재를 포함하고,
    상기 탄성부재는 상기 중공부의 둘레에서 경사지게 형성된 경사면을 포함하는 이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 탄성부재는 상기 중공부를 둘러싸는 고리모양 구조를 가진 이차 전지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 고리모양 구조는 폐곡선 구조인 이차 전지.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 중공부는 둥글게 처리된 모서리를 가진 육면체 모양인 이차 전지.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 중공부는 둥근 끝 단을 가지고 바깥으로 돌출되는 손가락 모양의 돌기를 가진 타원형인 이차 전지.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 중공부는 둥근 모양인 이차 전지.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 중공부는 상기 경사면의 가장자리들에 의해 규정되고,
    상기 경사면의 상기 가장자리들은 서로 마주보는 오목부를 가진 한 쌍의 곡선부, 및 상기 곡선부들의 끝 단들을 연결하는 한 쌍의 직선부를 포함하는 이차 전지.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 중공부는 상기 경사면들의 가장자리들에 의해 규정되고,
    상기 경사면의 상기 가장자리들은 네 개의 사분원부들, 및 상기 사분원부들의 끝 단을 연결하는 직선부들을 포함하는 이차 전지.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 이차 전지는 상기 전극 조립체의 외표면과 상기 케이스 사이에 복 수의 탄성부재들을 포함하는 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복 수의 탄성부재들은 내측 탄성부재와 외측 탄성부재를 포함하고,
    상기 내측 탄성부재는 상기 외측 탄성부재와 상기 전극 조립체의 사이에 위치하고, 상기 외측 탄성부재는 상기 케이스와 상기 내측 탄성부재의 사이에 위치하며, 상기 복 수의 탄성부재들은 상기 경사면들이 같은 방향으로 경사지는 표면 접촉 상태로 적층되는 이차 전지.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 복 수의 탄성부재들은 내측 탄성부재와 외측 탄성부재를 포함하고,
    상기 내측 탄성부재는 상기 외측 탄성부재와 상기 전극 조립체의 사이에 위치하고, 상기 외측 탄성부재는 상기 케이스와 상기 내측 탄성부재의 사이에 위치하며, 상기 복 수의 탄성부재들은 상기 경사면들이 반대 방향으로 경사지는 선 접촉 상태로 적층되는 이차 전지.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 탄성부재는 상기 전극 조립체를 향하여 탄성력을 작용하는 이차 전지.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 상기 경사면에 의해 형성되는 꼭지가 잘린 고깔 모양인 이차 전지.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 경사면은 제1 원주를 규정하는 일 축 끝 단과 제2 원주를 규정하는 다른 축 끝 단을 포함하고, 상기 제1 원주는 상기 제2 원주와 다른 이차 전지.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 경사면은 상기 케이스로부터 상기 전극 조립체를 향하여 내측으로 경사진 이차 전지.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 경사면은 느슨하거나 압박된 위치 사이에서 움직이고, 상기 중공부의 상기 둘레와 수직하게 상기 중공부를 관통하는 축을 기준으로 상기 경사면의 경사각은 상기 느슨한 위치에서 보다 상기 압박된 위치에서 더 큰 이차 전지.
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