KR101689216B1 - 이차전지 - Google Patents

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KR101689216B1
KR101689216B1 KR1020130023940A KR20130023940A KR101689216B1 KR 101689216 B1 KR101689216 B1 KR 101689216B1 KR 1020130023940 A KR1020130023940 A KR 1020130023940A KR 20130023940 A KR20130023940 A KR 20130023940A KR 101689216 B1 KR101689216 B1 KR 101689216B1
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박진
변상원
이승복
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삼성에스디아이 주식회사
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명에서는 이차전지가 개시된다. 상기 이차전지는, 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하도록 상방에 개구부가 형성된 케이스와, 케이스의 개구부를 마감하는 캡 플레이트와, 전극 조립체의 코너부를 둘러싸며, 전극 조립체와 케이스의 바닥 사이에 개재된 리테이너를 포함한다.
본 발명에 의하면, 전극 조립체와 케이스 간의 전기적인 단락을 방지함으로써, 안정성이 향상된 이차전지가 제공된다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자건거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 전기적으로 연결하여 하나의 단위로 묶은 전지 모듈의 형태로 사용되기도 한다.
본 발명의 일 실시형태는, 전극 조립체와 케이스 간의 전기적인 단락을 방지함으로써, 안정성이 향상된 이차전지를 제공한다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 이차전지는,
전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하도록 상방에 개구부가 형성된 케이스;
상기 케이스의 개구부를 마감하는 캡 플레이트; 및
상기 전극 조립체의 코너부를 둘러싸며, 상기 전극 조립체와 케이스의 바닥 사이에 개재된 리테이너;를 포함한다.
예를 들어, 상기 리테이너는, 상기 케이스의 바닥과 인접한 전극 조립체의 하단 코너부를 둘러쌀 수 있다.
예를 들어, 상기 리테이너는, 상기 전극 조립체의 양단 코너부에 각각 형성된 제1, 제2 리테이너를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 리테이너는, 상기 전극 조립체의 일단 코너부와, 타단 코너부에 각각 형성되며, 서로로부터 이격되게 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 리테이너는, 상기 전극 조립체의 양단 코너부 사이의 중앙 부분으로는 연장되지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 전극 조립체의 중앙 부분은 상기 케이스의 바닥으로부터 이격되어 있을 수 있다.
예를 들어, 상기 전극 조립체는, 제1 전극판, 제2 전극판 및 상기 제1, 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터가 함께 권취된 롤 형상을 갖고,
상기 전극 조립체의 일단부에는 서로에 대해 중첩되게 겹쳐진 다수의 제1 전극판의 무지부들이 형성되며,
상기 전극 조립체의 타단부에는 서로에 대해 중첩되게 겹쳐진 다수의 제2 전극판의 무지부들이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 리테이너는,
상기 제1 전극판의 무지부들을 함께 둘러싸는 제1 리테이너; 및
상기 제2 전극판의 무지부들을 함께 둘러싸는 제2 리테이너;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 리테이너는,
상기 전극 조립체의 주된 면을 감싸도록 서로 마주하게 배치되는 제1, 제2 벽체;
상기 제1, 제2 벽체 사이에서 상기 전극 조립체의 측면을 감싸는 측벽; 및
상기 제1, 제2 벽체 사이에서 상기 전극 조립체의 바닥을 감싸는 바닥벽;을 포함한다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 벽체, 측벽 및 바닥벽 사이에는, 상기 전극 조립체의 코너부가 끼워 수용되는 수용공간이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 리테이너는 전기적으로 절연 특성을 갖는 소재로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지는,
전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하도록 상방에 개구부가 형성된 케이스;
상기 케이스의 개구부를 마감하는 캡 플레이트; 및
상기 전극 조립체와 케이스의 바닥 사이에 형성되도록 상기 전극 조립체의 코너부에 도포된 코팅부;를 포함한다.
예를 들어, 상기 코팅부는, 상기 케이스의 바닥과 인접한 전극 조립체의 하단 코너부에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 코팅부는, 상기 전극 조립체의 일단 코너부와, 타단 코너부에 각각 형성된 제1, 제2 코팅부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 코팅부는, 상기 전극 조립체의 일단 코너부와, 타단 코너부에 각각 형성되며, 서로로부터 이격되게 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 코팅부는, 상기 전극 조립체의 양단 코너부 사이의 중앙 부분으로는 연장되지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 전극 조립체는, 제1, 제2 전극판 및 상기 제1, 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터가 함께 권취된 롤 형상을 갖고,
상기 전극 조립체의 일단부에는, 서로에 대해 중첩되게 겹쳐진 제1 전극판의 무지부들이 형성되며,
상기 전극 조립체의 타단부에는, 서로에 대해 중첩되게 겹쳐진 제2 전극판의 무지부들이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 코팅부는,
상기 제1 전극판의 무지부들 각각에 대해 개별적으로 형성된 제1 코팅부; 및
상기 제2 전극판의 무지부들 각각에 대해 개별적으로 형성된 제2 코팅부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 이차전지의 오동작이나, 퓨즈와 같은 안전소자의 보호동작이 취해지는 비상상황을 포함하는 여하의 상황에서도, 전극 조립체와 케이스 간에 고 전압의 역 전위가 형성되면서 야기될 수 있는 전기화학적인 반응이나 그에 따른 석출물로 인한 단락 경로를 원천적으로 방지할 수 있고, 전극 조립체와 케이스 간의 전기적인 단락에 따른 폭발 등의 사고 위험을 줄일 수 있으며, 안정성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이차전지의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 전극 조립체를 전개하여 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 전극 조립체와 리테이너 간의 배치를 보여주는 도면이다.
도 6 및 도 7은, 본 발명과, 본 발명과 대비되는 비교예에 따른 이차전지를 모식적으로 도시한 도면들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차전지의 분해 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 전극 조립체와 코팅부 간의 배치를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 이차전지에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지가 도시되어 있다. 도면을 을 참조하면, 상기 이차전지에는 서로 반대 극성을 갖는 한 쌍의 전극 단자(110,120), 즉, 제1, 제2 전극 단자(110,120)가 돌출 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 전극 단자(110,120)는, 이차전지의 내부에 수용된 전극 조립체와 전기적으로 연결되며, 각각의 제1, 제2 전극 단자(110,120)는, 전극 조립체의 제1, 제2 전극판과 전기적으로 연결되어 이차전지에 축적된 방전 전력을 외부로 공급하거나, 외부로부터의 충전 전력을 입력받기 위한 양극 및 음극 단자의 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 전극 단자(110,120)는 이차전지의 양측 가장자리 부분에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 이차전지의 캡 플레이트(100)가 전극 조립체와 전기적으로 연결되어 단자의 기능을 수행할 수도 있으며, 이때, 상기 제1, 제2 전극 단자(110,120) 중에서 어느 한 전극 단자는 생략될 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 이차전지의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 III-III선을 따라 취한 단면도이다. 도면들을 참조하면, 상기 이차전지는, 전극 조립체(150)와, 전극 조립체(150)의 코너부를 둘러싸도록 전극 조립체(150)에 끼워진 리테이너(118,128)와, 상기 전극 조립체(150)를 수용하는 케이스(180)와, 케이스(180) 상방의 개구부(180`)를 마감하는 캡 플레이트(100)를 포함한다.
도 4에는 도 2의 전극 조립체(150)를 전해하여 도시한 도면이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 전극 조립체(150)는 제1, 제2 전극판(151,152) 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터(153)를 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체(150)는, 제1, 제2 전극판(151,152) 및 세퍼레이터(153)가 젤리 롤 형태로 권취된 권취형으로 형성되거나, 제1, 제2 전극판(151,152) 및 세퍼레이터(153)가 교번되게 적층된 적층형으로 형성될 수 있다. 상기 제1 전극판(151)은, 제1 집전체(151a)와, 상기 제1 집전체(151a)의 적어도 일면에 형성된 제1 활물질층(151b)을 포함하고, 제1 집전체(151a)의 폭 방향(W)을 따라 일 가장자리에는 제1 활물질층(151b)이 형성되지 않은 제1 무지부(151c)가 형성되어 있다.
상기 제2 전극판(152)은, 제2 집전체(152a)와, 상기 제2 집전체(152a)의 적어도 일면에 형성된 제2 활물질층(152b)을 포함하고, 제2 집전체(152a)의 폭 방향(W)을 따라 일 가장자리에는 제2 활물질층(152b)이 형성되지 않은 제2 무지부(152c)가 형성될 수 있다. 상기 제1, 제2 무지부(151c,152c)는 전극 조립체(150)의 폭 방향(W)으로 서로 반대되는 가장자리에 배치될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 전극 조립체(150)는 케이스(180) 내에 수용되는데, 케이스(180)의 좌우 가장자리로 제1, 제2 무지부(151c,152c)가 각각 위치하도록 수용될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 전극 조립체(150)에는 리테이너(118,128, retainer)가 조립될 수 있다. 상기 리테이너(118,128)는 전극 조립체(150)의 코너부를 둘러싸도록 형성되며, 전극 조립체(150)와 케이스(180)의 바닥(180b) 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 상기 리테이너(118,128)는 상기 케이스(180)의 바닥(180b)과 인접한 전극 조립체(150)의 하단 코너부를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 상기 리테이너(118,128)는, 전극 조립체(150)의 폭 방향(W)으로 양단의 코너부를 둘러싸도록 형성될 수 있으며, 전극 조립체(150)의 일단 코너부와 타단 코너부에 각각 형성된 제1, 제2 리테이너(118,128)를 포함할 수 있다.
상기 리테이너(118,128)는, 전극 조립체(150)의 코너부를 둘러쌀 수 있으며, 특히, 활물질층(151b,152b)이 형성되지 않은 무지부(151c,152c)가 노출되지 않도록 무지부(151c,152c)를 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 상기 리테이너(118,128)는 전극판(151,152)의 금속소재가 그대로 노출된 무지부(151c,152c)를 둘러싸서 케이스(180)로부터 절연시킬 수 있다. 따라서, 상기 리테이너(118,128)는 전극 조립체(150)와 케이스(180) 간의 전기적인 단락을 방지하고 이들을 상호 절연시키기 위한 절연성 소재로 형성될 수 있다.
상기 이차전지는, 이차전지와 연결되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되거나, 대용량 고출력의 전원이 요구되는 경우에는 다수의 이차전지들을 하나의 단위로 묶어 전기적으로 결속시킨 모듈화된 형태로 사용되기도 한다. 이러한 모듈화된 형태에서는 다수의 이차전지들이 버스 바(미도시) 등을 통하여 직렬 접속 또는 병렬 접속되면서 전기적으로 결속될 수 있다. 이때, 다수의 이차전지들 간의 전기적인 결속이, 이차전지의 오작동이나, 퓨즈와 같은 안전소자의 보호동작에 따라 단절될 경우에, 단절된 부분을 포함하거나 이와 인접한 이차전지의 내부에는 상당히 높은 고 전압이 걸릴 수 있다. 예를 들어, 단절된 부분의 양단 중에서 일단에는 모듈화된 형태에 따른 고 전압이 걸리는데 반하여, 타단에는 플로팅 전압 내지는 그라운드에 가까운 낮은 저 전압이 걸릴 수 있으며, 정상상태에서의 양 전위 및 음 전위가 서로 반전되는 역 전위가 걸릴 수 있다.
이차전지의 내부에 고 전압이 걸리거나, 특히 높은 전압의 역 전위가 걸리면, 전극 조립체(150)와 케이스(180) 및 이들 간에 충진된 전해액(미도시) 사이의 전기화학적인 반응에 따라, 전극 조립체(150)와 케이스(180) 사이에서 석출물로 인한 전기적인 단락 경로가 형성될 수 있다. 예를 들어, 구리 소재의 전극판(151,152)과, 알루미늄 소재의 케이스(180)와, 전해액(미도시)이 서로 반응하여 석출물이 형성될 수 있으며, 이러한 석출물은 전극 조립체(150)와 케이스(180) 간의 전기적인 단락을 야기할 수 있다.
본 발명에서는 전극 조립체(150)를 둘러싸도록 조립된 리테이너(118,128)를 적용함으로써, 전극 조립체(150)와 케이스(180) 간의 전기화학적인 반응 및 이에 따른 석출물의 형성을 원천적으로 방지할 수 있고, 오동작이나 보호동작이 취해지는 비상상황에서 전극 조립체(150)와 케이스(180) 간의 단락에 따른 대형사고의 위험을 줄일 수 있다.
상기 리테이너(118,128)는 전극 조립체(150)의 코너부를 둘러싸도록 조립되며, 특히, 코너부의 무지부(151c,152c)를 둘러쌈으로써, 무지부(151c,152c)의 금속성분과 케이스(180) 간의 반응 및 석출물의 형성을 효과적으로 방지하고, 금속소재가 노출된 무지부(151c,152c)와, 케이스(180) 간의 전기적인 단락을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 리테이너(118,128)는 전극 조립체(150)의 코너부 중에서 특히 하단 코너부에 조립될 수 있다. 이것은, 하중의 영향으로 전해액(미도시)이 케이스(180)의 바닥(180b)으로 집중되기 때문에, 케이스(180)의 바닥(180b)으로부터 전극 조립체(150)의 하단 코너부를 절연하기 위한 것이다.
예를 들어, 상기 리테이너(118,128)는, 상기 전극 조립체(150)의 폭 방향(W)으로 일단의 코너부와 타단의 코너부에 형성된 한 쌍의 리테이너(118,128)들, 즉, 제1, 제2 리테이너(118,128)를 포함할 수 있다. 상기 제1 리테이너(118)는 일단의 코너부를 둘러싸고, 상기 제2 리테이너(128)는 타단의 코너부를 둘러싸도록 조립될 수 있다.
상기 제1, 제2 리테이너(118,128)는, 서로로부터 이격되게 형성되며, 서로 단절된 형태로 형성된다. 즉, 상기 제1, 제2 리테이너(118,128)는 전극 조립체(150)의 중앙 부분에서 서로로부터 격리되며, 연속적으로 이어진 형태로 형성되지 않는다. 환언하면, 상기 제1, 제2 리테이너(118,128)는, 전극 조립체(150)의 일단부와 타단부에 각각 형성되며, 일단부 및 타단부로부터 전극 조립체(150)의 중앙 부분까지 연장되지는 않는다. 이에 따라, 상기 전극 조립체(150)의 중앙 부분은 제1, 제2 리테이너(118,128)로부터 노출되며, 전극 조립체(150)의 하방에는 소정의 여유공간이 확보될 수 있다. 즉, 제1, 제2 리테이너(118,128)에 의해 전극 조립체(150)의 양단 부분이 케이스(180)의 바닥(180b)으로부터 소정 높이로 지지됨에 따라 전극 조립체(150)의 중앙 부분에서는 그 하방으로 여유공간이 형성될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 전극 조립체(150) 하방의 여유공간을 통하여 전극 조립체(150)의 턴(turn) 수를 증가시킬 수 있고, 전극 조립체(150)의 서로 대면하는 제1, 제2 전극판(151,152) 간의 대향 면적을 증대시킴으로써, 이차전지의 축전 용량을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에서, 미설명된 도면번호 108은, 캡 플레이트(100)에 형성된 안전벤트를 나타낸다. 상기 안전벤트(108)는 캡 플레이트(100)의 다른 부분 보다 상대적으로 취약하게 형성되며, 사전에 설정해둔 일정 포인트 이상의 내압이 작용할 경우, 안전벤트(108)가 파단되면서 내압이 해소될 수 있다. 또한, 도면번호 109는, 케이스(100) 내부로 전해액(미도시)을 주입한 후에, 전해액 주입구에 조립되어 전해액 주입구를 밀봉하는 실링부재를 나타낸다.
도 5는 도 2에 도시된 리테이너(118,128) 및 전극 조립체(150)의 결합관계를 보여주는 사시도이다. 도면을 참조하면, 상기 리테이너(118,128)는, 전극 조립체(150)의 코너부를 감싸도록 형성된다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 리테이너(118,128)는 집전 부재(117,127)를 개재하여 전극 조립체(150)의 코너부를 감쌀 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 리테이너(118,128)는, 집전 부재(117,127)가 개재되지 않고, 직접 전극 조립체(150)의 코너부를 감싸는 구조로 형성될 수 있다.
본 명세서를 통하여, 리테이너(118,128)가 전극 조립체(150)를 감싼다는 것은, 리테이너(118,128)가 전극 조립체(150)를 직접 감싸는 구조는 물론이고, 집전 부재(117,127)와 같은 다른 부재를 개재하여 전극 조립체(150)를 감싸는 구조도 포함하는 것이다.
상기 리테이너(118,128)는, 전극 조립체(150)의 코너부를 둘러싸도록 전극 조립체(150)의 주된 면(150a)과, 측면(150b)과, 그리고, 바닥면(150c)을 감싸는 구조로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리테이너(118,128)는, 전극 조립체(150)의 주된 면(150a)을 감싸도록 서로 마주하게 배치된 제1, 제2 벽체(118a1,118a2,128a1,128a2)와, 상기 제1, 제2 벽체(118a1,118a2,128a1,128a2) 사이에서 전극 조립체(150)의 측면(150b)을 감싸는 측벽(118b,128b)과, 상기 제1, 제2 벽체(118a1,118a2,128a1,128a2) 사이에서 전극 조립체(150)의 바닥면(150c)을 감싸는 바닥벽(118c,128c)을 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2 벽체(118a1,118a2,128a1,128a2)는, 전극 조립체(150)의 양편 주된 면(150a)을 감싸도록 서로 마주하게 배치될 수 있으며, 상기 측벽(118b,128b) 및 바닥벽(118c,128c)은, 상기 제1, 제2 벽체(118a1,118a2,128a1,128a2) 사이에서 제1, 제2 벽체(118a1,118a2,128a1,128a2)를 이어주며, 각각 전극 조립체(150)의 측면(150b)과 바닥면(150c)을 감싸도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 벽체(118a1,118a2,128a1,128a2)와, 측벽(118b,128b)과, 바닥벽(118c,128c)은 서로 틈새 없이 연결될 수 있다. 특히, 바닥벽(118c,128c)과 맞닿는 제1, 제2 벽체(118a1,118a2,128a1,128a2) 사이와, 바닥벽(118c,128c)과 맞닿는 측벽(118b,128b) 사이는 서로 틈새 없이 연결되는 것이 바람직하다. 만일, 제1, 제2 벽체(118a1,118a2,128a1,128a2)와 바닥벽(118c,128c) 간에 틈새가 형성될 경우, 전해액(미도시)의 침투로 인하여, 전극 조립체(150)와 케이스(180) 간의 화학적인 반응이 형성되어. 석출물로 인한 전기적인 단락이 발생될 수 있기 때문이다.
상기 제1, 제2 벽체(118a1,118a2,128a1,128a2), 측벽(118b,128b) 및 바닥벽(118c,128c)이 형성하는 리테이너(118,128)의 전체적인 형상은, 두 면이 개방된 육면체 형상을 가질 수 있으며, 개방된 두 면을 통하여 전극 조립체(150)가 끼워짐으로써, 코너부가 리테이너(118,128) 내에 수용될 수 있다. 이때, 상기 제1, 제2 벽체(118a1,118a2,128a1,128a2), 측벽(118b,128b) 및 바닥벽(118c,128c)은, 육면체 각각의 면을 형성할 수 있다. 다만, 본 발명의 리테이너(118,128)는, 육면체를 포함하는 다양한 다면체 형상으로 형성될 수 있고, 다면체 형상뿐만 아니라, 곡면을 포함하는 형상으로도 형성될 수 있다.
상기 제1, 제2 벽체(118a1,118a2,128a1,128a2), 측벽(118b,128b) 및 바닥벽(118c,128c)이 형성하는 수용공간(G) 내부에는, 전극 조립체(150)의 코너부가 끼워질 수 있다. 상기 전극 조립체(150)의 코너부는 상기 리테이너(118,128)의 각 벽체(118a1,118a2,128a1,128a2,118b,128b,118c,128c)들에 의해 둘러싸여, 전극 조립체(150)의 주된 면(150a)과, 측면(150b), 그리고, 바닥면(150c)이 커버될 수 있다.
예를 들어, 상기 전극 조립체(150)는, 제1, 제2 전극판(151,152) 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터(153)가 함께 권취된 롤 형상을 갖고, 상기 전극 조립체(150)의 일단부에는 서로에 대해 중첩되게 겹쳐진 다수의 제1 무지부(151c)들이 형성된다. 이때, 상기 제1 리테이너(118)는 상기 제1 무지부(151c)들을 다 함께 둘러쌀 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1 리테이너(118)는 각 무지부(151c)들을 개별적으로 둘러싸는 것이 아니라, 다수의 무지부(151c)들을 일괄적으로 둘러쌀 수 있다.
한편, 상기 전극 조립체(150)의 타단부에는 서로에 대해 중첩되게 겹쳐진 다수의 제2 무지부(151c)들이 형성된다. 이때, 상기 제2 리테이너(128)는 상기 제2 무지부(152c)들을 다 함께 둘러쌀 수 있으며, 예를 들어, 상기 제2 리테이너(128)는 각 무지부(152c)들을 개별적으로 둘러싸는 것이 아니라, 다수의 무지부(152c)들을 일괄적으로 둘러쌀 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3에 도시된 이차전지의 구성들에 대해 설명하기로 한다. 전극 조립체(150)를 수용한 케이스(180)의 상단 개구부(180`)에는 캡 플레이트(100)가 조립되어 전극 조립체(150)를 밀봉할 수 있으며, 상기 전극 조립체(150)와 외부 회로(미도시) 또는 상기 전극 조립체(150)와 이웃한 이차전지 간의 전기 접속을 위하여, 캡 플레이트(100)의 외부로는 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결된 전극 단자(110,120)가 형성될 수 있다. 상기 전극 단자(110,120)는 서로 다른 극성을 갖는 제1 전극 단자(110) 및 제2 전극 단자(120)를 포함할 수 있으며, 각각 전극 조립체(150)의 제1 전극판(151) 및 제2 전극판(152)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 전극 단자(110)는, 제1 집전 단자(115), 제1 집전 단자(115)와 결합된 제1 단자 플레이트(111)를 포함할 수 있다. 유사하게, 제2 전극 단자(120)는, 제2 집전 단자(125), 제2 집전 단자(125)와 결합된 제2 단자 플레이트(121)를 포함할 수 있다.
상기 단자 플레이트(111,121)는 캡 플레이트(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 단자 플레이트(111,121)는 집전 단자(115,125)와 전기적으로 연결되며, 집전 단자(115,125)보다 넓은 단자 영역을 제공한다. 상기 단자 플레이트(111,121)는 리벳팅을 통하여 집전 단자(115,125)와 연결될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 용접, 나사 결합과 같은 다양한 결합 방식을 통하여 집전 단자(115,125)와 연결될 수 있다.
상기 단자 플레이트(111,121)와 캡 플레이트(100) 사이에는 상부 절연 부재(112,122)가 개재될 수 있다. 상기 상부 절연 부재(112,122)는, 단자 플레이트(111,121)를 캡 플레이트(100)로부터 절연시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 단자 플레이트(111,121)와 캡 플레이트(100)가 서로 같은 극성을 갖는 경우라면, 상부 절연 부재(112,122)는 생략될 수도 있다.
상기 제1, 제2 집전 단자(115,125)는, 캡 플레이트(100)를 관통하여 캡 플레이트(100)의 외부로 인출될 수 있다. 이를 위해, 상기 캡 플레이트(100)에는 상기 제1, 제2 집전 단자(115,125)가 끼워 조립되는 단자 홀(100`)이 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1, 제2 집전 단자(115,125)는 캡 플레이트(100)의 하방으로부터 상방을 향하여 끼워지며, 캡 플레이트(100)의 단자 홀(100`)을 관통하도록 끼워질 수 있다.
상기 제1, 제2 집전 단자(115,125)는, 집전 단자(115,125)의 길이방향을 따라 상측 및 하측에 각각 형성된 집전 단자 고정부(115a,125a)와, 집전 단자 플랜지부(115b,125b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 집전 단자(115,125)는, 캡 플레이트(100)를 관통하도록 조립될 수 있으며, 캡 플레이트(100)의 상방으로 노출된 집전 단자 고정부(115a,125a)와, 캡 플레이트(100)의 하방에 배치된 집전 단자 플랜지부(115b,125b)를 포함할 수 있다.
상기 집전 단자 고정부(115a,125a)는, 상기 집전 단자(115,125)를 위치 고정하기 위한 것으로, 예를 들어, 단자 플레이트(111,121)의 상면에 대해 리벳팅 방식으로 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 집전 단자 고정부(115a,125a)는, 집전 단자(115,125)의 본체로부터 측 방향으로 넓게 확장된 플랜지 형상을 형성하며, 단자 플레이트(111,121)의 상면에 고정될 수 있다. 상기 집전 단자 고정부(115a,125a)의 상단에는 고속으로 회전하는 가동 툴(미도시)의 가압에 따라 오목하게 인입된 요홈(미도시)이 형성될 수 있으며, 가공 툴의 가압에 따라 집전 단자 고정부(115a,125a)의 상단이 측 방향으로 밀려나면서 단자 플레이트(111,121)의 상면에 대해 밀착될 수 있다.
상기 집전 단자 플랜지부(115b,125b)는, 상기 집전 단자(115,125)가 캡 플레이트(100)의 단자 홀(100`)을 통하여 빠져나오지 않도록 단자 홀(100`) 보다 넓은 외경으로 확장된 플랜지 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 집전 단자(115,125)는, 캡 플레이트(100)의 하방으로부터 단자 홀(100`)에 끼워지도록 조립되며, 집전 단자 플랜지부(115b,125b)를 통하여 캡 플레이트(100)의 하측에 지지된 상태에서 캡 플레이트(100)의 상방으로 노출된 집전 단자 고정부(115a,125a)를 리벳팅 가공함으로써, 집전 단자(115,125)가 위치 고정될 수 있다.
상기 집전 단자(115,125)는 캡 플레이트(100)와 전기적으로 절연된 상태로, 캡 플레이트(100)의 단자 홀(100`)에 끼워질 수 있다. 예를 들어, 상기 단자 홀(100`)에는 실 가스켓(113,123)이 끼워질 수 있으며, 실 가스켓(113,123)을 개재하여 집전 단자(115,125)가 끼워짐으로써, 집전 단자(115,125)가 캡 플레이트(100)로부터 절연될 수 있다. 상기 실 가스켓(113.123)은 단자 홀(100`) 주변을 실링하여, 케이스(180) 내부에 수용된 전해액(미도시)의 누액을 방지하고, 외부 불순물의 침투를 저지하기 위한 실링 기능을 수행할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 집전 단자(115,125)와 캡 플레이트(100) 사이에는 하부 절연 부재(114,124)가 개재될 수 있으며, 상기 하부 절연 부재(114,124)는 집전 단자(115,125)를 캡 플레이트(100)로부터 절연시킬 수 있다. 이렇게 집전 단자(115,125)가 관통하는 단자 홀(100`) 주변으로 실 가스켓(113,123)을 배치하고, 집전 단자(115,125)와 캡 플레이트(100) 사이에 하부 절연 부재(114,124)를 개재함으로써, 집전 단자(115,125)와 캡 플레이트(100)를 상호 절연시킬 수 있다. 상기 하부 절연 부재(114,124)는 집전 부재(117,127)와 캡 플레이트(100) 사이에도 확장 형성될 수 있다.
상기 집전 단자(115,125)는 집전 부재(117,127)를 통하여 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 집전 부재(117,127)는, 집전 부재(117,127)의 하부를 형성하며, 전극 조립체(150)에 대해 결합되는 집전판(117b,127b)과, 집전 부재(117,127)의 상부를 형성하며 전극 단자(110,120, 보다 구체적으로, 집전 단자 115,125)에 대해 결합되는 리드부(117a,127a)를 포함할 수 있다.
상기 집전판(117b,127b)은 전극 조립체(150)의 양측 가장자리에 결합될 수 있으며, 전극 조립체(150)의 가장자리에 형성된 제1, 제2 무지부(151c,152c)에 대해 용접 결합될 수 있다.
상기 리드부(117a,127a)는 상기 집전판(117b,127b)에 대해 절곡된 방향으로 연장되어, 제1, 제2 전극 단자(110,120)와 마주하는 방향으로 배치될 수 있으며, 제1, 제2 전극 단자(110,120)와 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 리드부(117a,127a)에는 제1, 제2 전극 단자(110,120)의 집전 단자(115,125)가 끼워 조립되는 관통 홀(117`,127`, 도 2)이 형성될 수 있으며, 상기 관통 홀(117`,127`)을 통하여 끼워진 리드부(117a,127a)와 집전 단자(115,125)의 주변으로 용접을 수행함으로써, 집전 부재(117,127)와 집전 단자(115,125)가 서로 결합될 수 있다.
도 6 및 도 7에는 각각 본 발명과, 본 발명과 대비되는 비교예에 따른 이차전지의 일부 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
도 6에 도시된 본 발명의 이차전지에서는, 전극 조립체(150)의 양편 코너부에 제1, 제2 리테이너(118,128)가 형성되며, 상기 제1, 제2 리테이너(118,128)는 서로로부터 이격되며, 이에 따라, 전극 조립체(150)의 중앙 부분은 제1, 제2 리테이너(118,128)에 의해 커버되지 않고 노출된다. 즉, 전극 조립체(150)의 중앙 부분에서는 그 하방으로 소정의 여유공간(S)이 확보될 수 있다.
도 7에 도시된 비교예에 따른 이차전지는, 전극 조립체(150)와, 상기 전극 조립체(150)의 하부에 배치되는 절연 부재(80)를 포함한다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 절연 부재(80)는 전극 조립체(150)의 하부 전체에 걸쳐서 형성되며, 이에 따라, 전극 조립체(150)의 하방으로 공간이 형성되지 않는다.
상기 전극 조립체(150)는, 제1, 제2 전극판(151,152)과 세퍼레이터(183)를 젤리 롤 형태로 권취하여 형성될 수 있으며, 전극 조립체(150)가 권취된 턴(turn) 수가 증가함에 따라, 서로 반대 극성의 제1, 제2 전극판(151,152)이 서로 대면하는 면적이 증가하게 되어, 축전 용량이 향상된다. 도 6의 본 발명에서는, 전극 조립체(150)의 하방으로 소정의 여유공간(S)이 확보됨으로써, 여유공간(S)을 통하여 전극 조립체(150)의 턴(turn) 수를 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 전극 조립체(150)의 하단 코너부에, 제1, 제2 리테이너(118,128)를 배치함으로써, 전극 조립체(150)의 중앙 부분이 케이스의 바닥(180b)으로부터 이격되어 여유공간(S)이 형성될 수 있고, 이 여유공간(S)을 통하여 전극 조립체(150)의 턴(turn) 수가 증가될 수 있다는 것이다. 전극 조립체(150)의 중앙 부분에만 여유공간(S)이 형성되어도, 활물질층(151b,152b)으로 인하여 상대적으로 두껍게 형성된 중앙부분에 여유공간(S)이 더 확보되므로, 전체적인 턴(turn) 수가 증가될 수 있다. 참고로, 도 6에서는, 상기 리테이너(118,128)가 전극 조립체(150)를 수용하는 케이스의 바닥(180b)에 접촉하는 것으로 도시되어 있으나, 이것은 비교예와의 구조적인 차이를 명확하게 하기 위한 것이며, 예를 들어, 상기 리테이너(118,128)는 케이스의 바닥(180b)으로부터 이격되게 배치될 수도 있다.
도 8에는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 이차전지의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 이차전지는, 전극 조립체(150)와, 상기 전극 조립체(150)를 수용하도록 상방에 개구부(180`)가 형성된 케이스(180)와, 상기 케이스(180)의 개구부(180`)를 마감하는 캡 플레이트(100)를 포함하며, 특히 상기 전극 조립체(150)와 케이스(180)의 바닥 사이에 형성되도록 상기 전극 조립체(180)의 코너부에 도포된 코팅부(218,228)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 조립체(150)는, 도 4에 도시된 바와 같은 구조를 가질 수 있으며, 여기서 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 코팅부(218,228)는 상기 전극 조립체(150)와 케이스(180) 간의 전기적인 단락을 방지하고, 특히, 이차전지의 오동작이나, 퓨즈와 같은 안전소자의 보호동작과 같은 비상상황에서 전극 조립체(150)의 무지부(151c,152c)와 케이스(180), 그리고 전해액(미도시)이 전기화학적인 반응을 일으켜서 전극 조립체(150)와 케이스(180) 사이에 단락 경로가 형성되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 상기 코팅부(218,228)는, 상기 전극 조립체(150)의 폭 방향(W)으로 일단의 코너부와 타단의 코너부에 형성된 한 쌍의 코팅부(218,228)들, 즉, 제1, 제2 코팅부(218,228)를 포함할 수 있다. 상기 제1 코팅부(218)는 일단의 코너부에 도포되고, 상기 제2 코팅부(228)는 타단의 코너부에 도포될 수 있다.
도 9는 전극 조립체(150)와 코팅부(218,228)의 배치관계를 보여주는 사시도이다. 도면을 참조하면, 상기 코팅부(218,228)는 전극 조립체(150)의 코너부에 형성되며, 하중의 영향으로 전해액(미도시)이 집중되는 케이스(180)의 바닥과 가까운 전극 조립체(150)의 하단 코너부에 형성될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 전극 조립체의 코너부(218,228)는, 다수의 전극판(151,152)들이 집속된 형태를 가질 수 있고, 보다 구체적으로, 전극판(151,152) 중에서 활물질층(151b,152b)이 형성되지 않은 다수의 무지부(151c,152c)들이 집속된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 전극판(151,152)과 세퍼레이터(153)를 함께 권취한 롤 형상의 전극 조립체(150)에서, 전극 조립체(150)의 일단부와 타단부에는 서로 중첩되게 겹쳐진 다수의 제1 무지부(151c)들과, 다수의 제2 무지부(152c)들이 각각 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1 코팅부(218)는, 전극 조립체(150)의 일단부에 형성된 다수의 제1 무지부(151c)들 각각에 대해 개별적으로 도포될 수 있고, 유사하게, 상기 제2 코팅부(228)는, 전극 조립체(150)의 타단부에 형성된 다수의 제2 무지부(152c)들 각각에 대해 개별적으로 도포될 수 있다.
이와 같이, 각 무지부(151c,152c)에 대해 개별적으로 도포된 코팅부(218,228)는, 전극 조립체(150)의 코너부를 코팅액이 수용된 욕조(미도시)에 침지시키는 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 전극판(151,152)과 세퍼레이터(153)를 젤리 롤 형태로 권취하여 전극 조립체(150)를 형성할 때, 폭 방향(W)을 따라 일단과 타단으로, 각각 제1 무지부(151c)와, 제2 무지부(152c)가 배치되도록 전극 조립체(150)를 형성하고, 전극 조립체(150)의 일단 코너부와, 타단의 코너부를 순차적으로 코팅액이 수용된 욕조(미도시)에 담가서 제1, 제2 무지부(151c,152c) 상에 코팅부(218,228)가 형성되게 한다. 그러면, 각 무지부(151c,152c) 상에 개별적으로 코팅부(218,228)가 형성될 수 있다. 코팅액(미도시)이 도포된 전극 조립체(150)는 필요에 따라 경화과정을 거쳐서 무지부(151c,152c) 상에 견고하게 부착될 수 있다.
상기 코팅부(218,228)는, 전기적으로 절연특성을 갖는 소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 수지 계열의 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅부(218,228)는, 온도 차이나 광 조사에 반응하여 유동성에 차이를 둘 수 있으며, 자연 건조나, 열 경화 또는 광 경화될 수 있는 수지 계열의 물질로 형성될 수 있다.
본 실시형태에서는, 리테이너(118,218)와 같은 별도의 부재를 추가하지 않고도, 코팅 처리를 통하여 전극 조립체(150)의 무지부(151c,152c)와 케이스(180) 간의 전기적인 단락을 방지할 수 있다. 이때, 상기 코팅 처리는, 전극 조립체(150)의 하단 코너부를 코팅액이 수용된 욕조(미도시) 내에 침지하는 상대적으로 간단한 공정으로 이루어질 수 있으므로, 간편한 처리를 통하여 전극 조립체(150)의 무지부(151c,152c)를 절연화시킬 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100 : 캡 플레이트 110 : 제1 전극 단자
111,121 : 단자 플레이트 112,122 : 상부 절연 부재
113,123 : 실 가스켓 114,124 : 하부 절연 부재
115,125 : 집전 단자 117,127 : 집전 부재
117a,127a : 리드부 117b,127b : 집전판
118 : 제1 리테이너 120 : 제2 전극 단자
128 : 제2 리테이너 150 : 전극 조립체
151 : 제1 전극판 151a : 제1 집전체
151b : 제1 활물질층 151c : 제1 무지부
152 : 제2 전극판 152a : 제2 집전체
152b : 제2 활물질층 152c : 제2 무지부
153 : 세퍼레이터 218 : 제1 코팅부
228 : 제2 코팅부

Claims (19)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하도록 상방에 개구부가 형성된 케이스;
    상기 케이스의 개구부를 마감하는 캡 플레이트; 및
    상기 전극 조립체의 코너부의 무지부를 둘러싸며, 상기 전극 조립체와 케이스의 바닥 사이에 개재된 리테이너;를 포함하고,
    상기 리테이너는, 상기 케이스의 바닥과 인접한 전극 조립체의 하단 코너부를 둘러싸서 전극 조립체의 하단 중앙 부분보다 케이스의 바닥을 향하여 돌출되고,
    상기 리테이너는, 상기 전극 조립체의 양단 코너부에 각각 형성된 제1, 제2 리테이너를 포함하고,
    상기 제1, 제2 리테이너는, 상기 전극 조립체의 일단 코너부와, 타단 코너부에 각각 형성되며, 서로로부터 이격되게 형성되며,
    상기 제1, 제2 리테이너는, 상기 전극 조립체의 양단 코너부 사이의 중앙 부분으로는 연장되지 않고,
    상기 전극 조립체의 하단 중앙 부분은 상기 케이스의 바닥으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는, 제1 전극판, 제2 전극판 및 상기 제1, 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터가 함께 권취된 롤 형상을 갖고,
    상기 전극 조립체의 일단부에는 서로에 대해 중첩되게 겹쳐진 다수의 제1 전극판의 무지부들이 형성되며,
    상기 전극 조립체의 타단부에는 서로에 대해 중첩되게 겹쳐진 다수의 제2 전극판의 무지부들이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 리테이너는, 상기 제1 전극판의 무지부들을 함께 둘러싸고,
    상기 제2 리테이너는, 상기 제2 전극판의 무지부들을 함께 둘러싸는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 리테이너는,
    상기 전극 조립체의 주된 면을 감싸도록 서로 마주하게 배치되는 제1, 제2 벽체;
    상기 제1, 제2 벽체 사이에서 상기 전극 조립체의 측면을 감싸는 측벽; 및
    상기 제1, 제2 벽체 사이에서 상기 전극 조립체의 바닥을 감싸는 바닥벽;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1, 제2 벽체, 측벽 및 바닥벽 사이에는, 상기 전극 조립체의 코너부가 끼워 수용되는 수용공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 삭제
  12. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하도록 상방에 개구부가 형성된 케이스;
    상기 케이스의 개구부를 마감하는 캡 플레이트; 및
    상기 전극 조립체와 케이스의 바닥 사이에 형성되도록 상기 전극 조립체의 코너부에 도포된 코팅부;를 포함하되, 상기 전극 조립체의 코너부는 서로 중첩되게 겹쳐진 다수의 무지부들을 포함하고, 상기 코팅부는 각각의 무지부 마다에 형성되며,
    상기 코팅부는, 상기 케이스의 바닥과 인접한 전극 조립체의 하단 코너부를 둘러싸서 전극 조립체의 하단 중앙 부분보다 케이스의 바닥을 향하여 돌출되고,
    상기 코팅부는, 상기 전극 조립체의 양단 코너부에 각각 형성된 제1, 제2 코팅부를 포함하고,
    상기 제1, 제2 코팅부는, 상기 전극 조립체의 일단 코너부와, 타단 코너부에 각각 형성되며, 서로로부터 이격되게 형성되며,
    상기 제1, 제2 코팅부는, 상기 전극 조립체의 양단 코너부 사이의 중앙 부분으로는 연장되지 않고,
    상기 전극 조립체의 하단 중앙 부분은 상기 케이스의 바닥으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제12항에 있어서,
    상기 전극 조립체는, 제1, 제2 전극판 및 상기 제1, 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터가 함께 권취된 롤 형상을 갖고,
    상기 전극 조립체의 일단부에는, 서로에 대해 중첩되게 겹쳐진 제1 전극판의 무지부들이 형성되며,
    상기 전극 조립체의 타단부에는, 서로에 대해 중첩되게 겹쳐진 제2 전극판의 무지부들이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 코팅부는, 상기 제1 전극판의 무지부들 각각에 대해 개별적으로 형성되고,
    상기 제2 코팅부는, 상기 제2 전극판의 무지부들 각각에 대해 개별적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 코팅부는, 전기적으로 절연 특성을 갖고, 온도 또는 광 조사에 따라 유동성을 갖는 수지소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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