KR101975391B1

KR101975391B1 - 이차 전지

Info

Publication number: KR101975391B1
Application number: KR1020130018967A
Authority: KR
Inventors: 윤석준; 전광식; 김대규; 정상훈
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2019-05-07
Also published as: US9257715B2; KR20130097670A; US20130224545A1

Abstract

본 발명은 제1 전극판, 제2 전극판, 상기 제1 전극판 및 제2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하며, 중심에 소정의 공간이 형성된 전극 조립체; 횡단면이 원형인 관형의 형상을 갖고, 전극 조립체 중심의 공간에 삽입되며, 적어도 일부가 굴곡부를 갖도록 하나 이상의 슬릿들이 형성된 권심 부재; 및 상기 전극 조립체를 수용하는 공간을 구비하는 케이스를 포함하는 원통형 이차 전지에 관한 것이다.

Description

이차 전지 {Cylindrical Secondary Battery}

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부의 충격 등에 의해 압력이 가해졌을 때 안전성을 보장할 수 있는 원통형 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 원통형 리튬 이온 이차 전지는 대략 원통 형태로 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 캔과, 상기 캔 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 상기 캔의 일측에 결합되어 상기 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체로 이루어져 있다.

이러한 원통형 리튬 이온 이차 전지는 통상 그 용량이 2000~2400mA 정도이기 때문에, 주로 대용량의 전력이 필요한 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더 등에 장착되고 있다. 일례로 이러한 원통형 리튬 이온 이차 전지는 다수개가 필요한 개수만큼 직병렬로 연결되고, 또한 보호회로가 장착된 채 소정 형태의 하드팩으로 조립되어 상기 전자기기에 전원용으로 결합되어 이용된다.

상기 원통형 이차 전지는 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 대략 원통형으로 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 원통형 케이스와, 상기 원통형 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.

일반적으로, 이러한 원통형 이차 전지에는 전극 조립체의 중심부에 공간이 발생한다. 이러한 공간은 상기 전극 조립체의 풀림 및 변형을 발생시킬 수 있는 문제점이 있다. 이에 따라, 상기 전극 조립체의 중심부 공간에 대략 길이 방향을 따라 형성된 절개 홈을 구비하는 관형상의 권심 부재를 결합시키고 있다.

그러나, 원통형 이차 전지의 낙하 등의 외부 충격 등에 의하여 상기 권심 부재에는 압력이 인가될 수 있다. 이러한 압력 인가에 따라 권심 부재에 압축 등의 변형이 발생하는 경우, 상기 절개된 부분의 끝단이 상기 전극 조립체를 찌르게 된다.

특히, 상기 권심 부재가 변형 또는 파괴되는 경우에는 상기 전극 조립체의 세퍼레이터가 파괴될 수 있으며, 이러한 세퍼레이터의 파괴는 상기 양극 전극판 및 음극 전극판 사이의 쇼트를 유발하여, 상기 원통형 이차 전지의 파괴 또는 폭발을 일으킬 수 있어 치명적인 문제점이 있다. 리튬 이차 전지의 안전성에 심각한 영향을 미칠 수 있다.

본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 외부의 충격 등에 의해 압력이 가해졌을 때 전극 조립체의 내부 단락을 유발할 수 있는 권심 부재를 구비하여 안전성이 향상된 원통형 이차 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 원통형 이차 전지는 제1 전극판, 제2 전극판, 상기 제1 전극판 및 제2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하며, 중심에 소정의 공간이 형성된 전극 조립체; 횡단면이 원형인 관형의 형상을 갖고, 전극 조립체 중심의 공간에 삽입되며, 적어도 일부가 굴곡부를 갖도록 하나 이상의 슬릿들이 형성된 권심 부재; 및 상기 전극 조립체를 수용하는 공간을 구비하는 케이스를 포함한다. 상기 권심 부재는 이음부를 중심으로 관형이 되도록 둥글게 말린 형태일 수 있다. 상기 이차전지는 외주면에 의하여 둘러싸이고 세로축 (longitudinal axis)으로 구비되는 보어 (bore)를 갖는 권심부재; 및 상기 세로축과 동축 (coaxially)으로 상기 권심부재의 외주면 주변에서 권취되어 형성된 전극조립체;를 포함하고, 상기 외주면은 정렬된 복수개의 슬릿들에 의하여 관통되고, 각각의 슬릿은 굴곡부를 포함할 수 있다.

상기 굴곡부의 최하부와 최상부의 길이 차이가 약 1㎜ 내지 약 2㎜ 범위이거나 또는 상기 굴곡부의 최하부와 최상부의 길이 차이가 상기 전극 조립체와 상기 권심 부재 사이의 거리의 약 120% 내지 약 140% 범위일 수 있다.

상기 슬릿들은 제1 방향으로 정렬되고, 상기 굴곡부는 제2 방향을 향하여 오목하도록 오목한 형태를 갖으며, 상기 제1 방향은 상기 권심부재의 세로방향이고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직한 방향일 수 있다.

상기 슬릿들은 상기 권심 부재의 제1 방향을 따라 제1 열에 배열된 제1 슬릿들과 상기 제1 열과 이웃하며 일정 간격을 유지하는 제2 열에 배열된 제2 슬릿들을 포함할 수 있다.

상기 굴곡부는 상기 권심 부재의 제1 방향을 따라 제1 열에 배열된 제1 굴곡부와 상기 제1 열과 이웃하며 일정 간격을 유지하는 제2 열에 배열된 제2 굴곡부를 포함할 수 있다.

상기 제2 열에 배열된 상기 제2 슬릿들은 상기 제1 열의 이웃한 상기 제1 슬릿들 사이에 배치될 수 있다. 인접한 열들 또는 컬럼들 내의 슬릿들은 어긋나게 배열되는 패턴 (staggered pattern)으로 정렬될 수 있다.

상기 제2 열에 배열된 상기 제2 슬릿들은 상기 제1 열의 상기 제1 슬릿들과 대응하는 위치에 나란하게 배치될 수 있다. 실질적으로 일정한 간격으로 이격된 슬릿들은, 각각 연속적인 열 내의 슬릿들이고, 규칙적인 컬럼으로써 서로 직접 아래에 구비될 수 있다.

상기 제2 열의 상기 제2 슬릿들은 상기 제2 굴곡부가 상기 제 1 굴곡부와 상기 권심 부재의 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 나란하게 배열되도록 상기 제1 열의 상기 제1 슬릿들과 대응하는 위치에 나란하게 형성될 수 있다.

상기 제2 열의 상기 제2 슬릿들은 상기 제2 굴곡부가 상기 제 1 굴곡부와 상기 권심 부재의 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 어긋나게 배열되도록 상기 제1 열의 상기 제1 슬릿들과 180˚ 대칭되게 형성될 수 있다. 일정 간격으로 이격된 슬릿들이 적어도 두개 이상의 열로 배열되고, 각각의 연속적인 열 내의 슬릿들은 어긋나게 배열되는 패턴으로 구비되되, 각각의 서로 인접한 열로 구비된 슬릿들에 대하여 180°의 방향으로 대칭되게 형성될 수 있다.

상기 제1 방향은 상기 권심 부재의 길이 방향이고, 상기 제2 방향은 상기 권심 부재의 원주 방향일 수 있다.

또한, 일정 간격으로 이격된 슬릿들이 적어도 두개 이상의 열로 배열되고, 각각의 연속적인 열 내의 상기 슬릿들은 규칙적인 컬럼들로써 서로 직접 아래에 구비되며, 각각의 연속적인 열 내의 슬릿들은 각각 서로 인접한 열로 구비된 슬릿들에 대하여 180°의 방향으로 대칭되게 형성될 수 있다.

상기 이음부를 중심으로 일측을 제1 단부, 타측을 제2 단부라 하면, 상기 제1 단부에는 철부가 구비되고 상기 제2 단부에는 상기 철부와 상응하는 요부가 구비될 수 있으며, 상기 철부 또는 상기 요부는 다단으로 형성될 수 있다.

상기 제1 단부에는 상기 철부 및 상기 요부가 교대로 구비되고, 상기 제2 단부에는 상기 철부 및 상기 요부와 상응하는 상기 요부 및 상기 철부가 교대로 구비될 수 있다.

상기 굴곡부는 오목부를 더 구비할 수 있으며, 상기 오목부는 상기 권심 부재의 중심 방향인 내측을 향하여 돌출되도록 구비될 수 있다.

상기 오목부는 반구형 또는 다각뿔형의 모양을 가질 수 있다.

상기 굴곡부는 반원형, 타원형 또는 다각형의 모양을 가질 수 있다.

상기 권심부재에서, 일정 간격으로 이격된 슬릿들이 적어도 두개 이상의 열로 배열되고, 각각의 연속적인 열 내의 슬릿들은 실질적으로 규칙적인 컬럼들로써 서로 직접 아래에 정렬되며, 각각의 연속적인 컬럼 내의 슬릿들은 서로 인접한 컬럼 내의 슬릿들에 대하여 180°의 방향으로 대칭되게 형성될 수 있다.

상기 슬릿들은 적어도 두 개의 열을 포함하는 것이 바람직하다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 외부의 충격 등에 의해 압력이 가해졌을 때 전극 조립체의 내부 단락을 유발할 수 있는 굴곡부를 권심 부재에 형성함으로써 폭발 이전에 내부 단락을 발생시켜, 원통형 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 전극 조립체의 내부 단락을 유발할 수 있는 굴곡부에 오목부를 형성하여 권심 부재와 인접한 부분을 파손시키는 굴곡부의 기능을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차 전지를 설명하기 위한 사시도.
도 1b는 도 1a의 A-A 라인에 따른 단면도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차 전지의 권심 부재를 설명하기 위한 사시도.
도 3a 내지 도 3e은 본 발명의 제1 내지 제5 실시예에 따른 권심 부재를 설명하기 위한 평면도.
도 4a는 본 발명의 제6 실시예에 따른 권심 부재를 설명하기 위한 평면도.
도 4b는 도 4a의 권심 부재를 관형으로 형성한 사시도.
도 4c는 도 4b의 B-B 라인에 따른 단면도.
도 5a는 본 발명의 제7 실시예에 따른 권심 부재를 설명하기 위한 평면도.
도 5b는 도 5a의 권심 부재를 관형으로 형성한 사시도.
도 5c는 도 5b의 C-C 라인에 따른 단면도.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 권심 부재에 충격을 가했을 경우를 설명하기 위한 사시도.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차 전지를 설명하기 위한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A 라인에 따른 단면도이다.

도 1a 내지 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차 전지(100)는 충ㆍ방전시 전압차를 발생시키는 전극 조립체(200)와, 상기 전극 조립체(200)를 수납하는 원통형의 케이스(300)와,

상기 전극 조립체의 중앙부 공간에 위치하는 권심 부재(500)를 구비하는 구조로 이루어져 있다. 상기 원통형 케이스(300) 상부에는 원통형 케이스(300)와 조립되어 전극 조립체(200)가 이탈되지 않도록 하는 캡 조립체(400)가 구비된다. 예컨대, 상기 이차전지(100)에서, 상기 권심부재(500)는 외주면에 의하여 둘러싸이고 세로축 (longitudinal axis)으로 구비되는 보어 (bore)를 갖고, 상기 전극조립체(200)는 상기 세로축과 동축 (coaxially)으로 상기 권심부재(500)의 외주면 주변에서 권취되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 권심부재 (500)의 외주면은 정렬된 복수개의 슬릿들 (510)에 의하여 관통되고, 각각의 슬릿 (510)은 굴곡부를 포함할 수 있다.

상기 전극 조립체(200)는 양극 활물질 및 음극 활물질 중 어느 하나, 예를 들면, 양극 활물질이 코팅된 제1 전극판(210), 상기 양극 활물질 및 음극 활물질 중 다른 하나, 예를 들면, 음극 활물질이 코팅된 제2 전극판(220), 상기 제1 전극판(210) 및 제2 전극판(220) 사이에 위치하여 상기 제1 전극판(210)과 제2 전극판(220)의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(230)로 이루어진다. 또한, 상기 제1 전극판(210), 제2 전극판(220) 및 세퍼레이터(230)는 대략 원형으로 권취되어 상기 원통형 케이스(300)에 수납된다. 이때, 상기 제1 전극판(210), 제2 전극판(220) 및 세퍼레이터(230)는 상기 권취되되 상기 권심부재(500)의 외주면 주변을 둘러싸도록 상기 권심부재(500)의 세로축과 동축으로 권취되어 구비될 수 있다. 이와 같이, 상기 제1 전극판(210), 제2 전극판(220) 및 세퍼레이터(230)이 권취되어 형성된 전극조립체(200)의 내부에는 상기 세로축으로 공간이 형성되고, 상기 공간 내에는 권심부재(500)가 구비될 수 있다. 상기 제1 전극판(210)은 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 이루어지며, 상부로 일정 길이 돌출된 제1 전극 탭(215)이 접합되어 있다. 상기 제2 전극판(220)은 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 이루어지며, 하부로 일정 길이 돌출된 제2 전극 탭(225)이 접합되어 있으나, 제1 전극판(210) 및 제2 전극판(220)의 재질이 이에 한정하는 것은 아니다. 더불어 상기 전극 조립체(200)의 상ㆍ하부에는 각각 직접적인 캡 조립체(400) 또는 원통형 케이스(300)와의 접촉을 피하기 위해 상부 절연 플레이트(241) 및 하부 절연 플레이트(241, 245)가 더 부착되어 있다.

상기 원통형 케이스(300)는 상기 전극 조립체(200)가 결합될 수 있도록 소정 공간을 가지며 일정 직경을 갖는 원통면(310)이 형성되어 있고, 상기 원통면(310)의 하부에는 그 원통면(310)의 하부 공간을 막은 하면(320)이 형성되어 있으며, 상기 원통면(310)의 상부는 상기 전극 조립체(200)를 삽입하기 위하여 개구(開口)되어 있다. 한편, 상기 원통형 케이스(300)의 하면(320) 중앙에 상기 전극 조립체(200)의 제1 전극 탭(215) 및 제2 전극 탭(225) 중 어느 하나, 예를 들면, 제2 전극 탭(225)이 접합됨으로써, 상기 원통형 케이스(300) 자체는 제2 전극판(220)과 동일한 전극, 예들 들면 음극 단자의 역할을 수행하게 된다. 또한, 상기 원통형 케이스(300)는 일반적으로 알루미늄(Al), 철(Fe) 또는 이들의 합금으로 형성된다. 또한, 상기 원통형 케이스(300)에는 상부에서 상기 캡 조립체(400)를 압박하도록 한쪽으로 휘어진 크리핑(crimping)부(330)가 형성되고, 하부에서 상부 방향으로 상기 캡 조립체(400)를 압박하도록 안쪽으로 움푹 파인 비딩(beading)부(340)가 더 형성되어 있다.

상기 캡 조립체(400)에는 상기 제1 전극 탭(215)이 용접되어 있으며, 과충전 또는 이상 발열시 형태가 반전되는 도전성 안전 벤트(410)와, 상기 도전성 안전 벤트(410) 상부에 전기적 및 기계적으로 연결되어, 상기 안전 벤트(410)의 반전시 회로가 끊어지는 인쇄 회로 기판(PCB, Printed Circuit board, 420)과, 상기 인쇄 회로 기판(420) 상부에 전기적 및 기계적으로 연결되어 소정 온도 이상에서 회로가 끊어지는 양성 온도 소자(430)와, 상기 양성 온도 소자(430)의 상부에 전기적 및 기계적으로 연결되어 실제의 전류를 외부로 인가하는 도전성 전극 캡(440)과, 상기 안전 벤트(410), 인쇄 회로 기판(420), 양성 온도 소자(430) 및 전극 캡(440)의 측부 둘레를 감싸는 형태를 하며 상기 원통형 케이스(300)로부터 상기 나열한 것들을 절연시키는 절연 가스켓(450)으로 이루어진다. 이때, 상기 전극 캡(440)은 상기 전극 조립체(200)의 제1 전극 탭(215) 및 제2 전극 탭(225) 중 어느 하나, 예를 들면, 제1 전극 탭(215)이 접합되어 제1 전극판(210)과 동일한 전극, 예들 들면 양극 단자의 역할을 수행한다.

상기 권심 부재(500)는 상기 권취형 전극 조립체(200)의 중앙의 공간에 삽입되어, 상기 권취형 전극 조립체(200)가 이완되어 풀리는 것을 방지하며, 외압에 의한 상기 권취형 전극 조립체(200)의 변형을 방지하는 역할도 수행한다. 이러한 권심 부재(500)는 횡단면이 원형인 금속재 관으로 이루어지며 대략 봉형태의 모양을 갖는다. 또한, 권심 부재(500)에는 금속재 관의 일부가 굴곡부(520)를 갖도록 슬릿들(510)이 형성된다.

또한, 상기 권심 부재(500)는 상기 전극 조립체(200)가 갖는 전체 높이의 대략 90% 내지 110% 정도로 형성되어 있으며, 하단은 상기 제2 전극 탭(225) 상에 위치한다. 이러한 상기 권심 부재(500)의 높이가 상기 전극 조립체(200)의 높이의 90% 이하이면, 상기 전극 조립체(200)를 고정 및 지지하는 힘이 너무 약하고, 또한, 110% 이상이면, 상기 캡 조립체(300)의 구성 요소와 접촉할 수 있으므로 바람직하지 않다.

한편, 도면상에는 도시되지 않았으나, 상기 원통형 케이스(300)에 상기 전극 조립체(200) 간에 리튬 이온의 이동이 가능하게 전해액이 주입된다. 상기 전해액은 충ㆍ방전시 전지 내부의 양극 및 음극에서 전기 화학적 반응에 의하여 생성되는 리튬 이온(Li ion)의 이동 매체 역할을 하며, 이는 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 또한, 상기 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으며, 여기서 상기 전해액 물질의 종류를 한정하는 것은 아니다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차 전지의 권심 부재를 설명하기 위한 사시도이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 권심 부재(500)는 횡단면이 원형인 관형의 형상을 갖을 수 있는데, 예컨대, 상기 권심부재(500)는 세로축을 중심으로 내부에 보어를 갖도록 외주면으로 둘러싸여 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 권심부재(500)는 상기 전극 조립체(200) 중심의 공간에 삽입될 수 있다. 또한, 상기 권심부재(500)의 외주면에는 적어도 일부가 굴곡부(520)를 갖도록 하나 이상의 슬릿들(510)이 형성될 수 있고, 상기 슬릿들(510)은 복수개가 정렬된 형태로 상기 외주면을 관통하여 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 슬릴들(510)은 제1 방향으로 정렬되고, 상기 굴곡부(520)은 제2 방향을 향하여 오목하도록 오목한 형태를 갖을 수 있다. 여기서, 상기 제1 방향은 상기 권심부재(500)의 세로방향일 수 있고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직한 방향일 수 있다.

여기서, 굴곡부(520)의 굴곡부(520)의 최대 높이(p), 즉 굴곡부(520)의 최상부(H)와 최하부(L)의 길이 차이(P), 예컨대 상기 굴곡부(520)의 최상부(H)에서 최하부(L)까지 측정된 슬릿(510)의 길이는 1㎜ 내지 2㎜의 범위일 수 있다. 별법으로, 상기 굴곡부(520)의 최상부(H)에서 최하부(L)까지 측정된 슬릿(510)의 길이는, 상기 전극 조립체(200)와 상기 권심 부재(500) 사이의 거리의 120% 내지 140%의 범위일 수 있다. 이때, 전극 조립체(200)와 상기 권심 부재(500) 사이의 거리는 상기 전극 조립체(200)와 상기 권심 부재(500) 사이의 최대거리일 수 있다.

권심 부재(500)의 일부분에 슬릿들(510) 및 슬릿들(510)과 연접한 굴곡부(520)가 형성되므로, 원통형 이차 전지(100)의 낙하 등의 외부 충격 등에 의하여 권심 부재(500)에 압력이 인가되어 압축 등의 변형이 발생하는 경우 굴곡부(520)가 압력 또는 압축력을 받아 돌출된다. 이때, 전극 조립체(200) 중 권심 부재(500)와 인접한 부분은 돌출된 굴곡부(520)와 접촉하여 찔리게 되고 파손되면서 내부 단락이 발생하게 된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 굴곡부(520)의 돌출 방향이 압력 또는 압축력의 방향과 수직, 또는 그 수준에 가깝게 유지되고 돌출되는 길이 또한 전극 조립체(200) 중 권심 부재(500)와 인접한 부분을 파손시킬 수 있는 1㎜ 내지 2㎜ 또는 전극 조립체(200)와 권심 부재(500) 사이의 거리의 120% 내지 140%의 범위로 조절될 수 있다. 이에 따라서, 압축력의 크기가 매우 크더라도 전극 조립체(200) 중 권심 부재(500)와 인접한 부분을 파손시키는 예리한 부분이 유지되면서 폭발 이전에 내부 단락을 발생시킬 수 있으므로 원통형 이차 전지(100)의 안전성을 보장할 수 있다.

여기서, 상기 권심 부재(500)는 판형으로 구비될 수 있으며, 상기 판형의 일측 단부와 타측 단부가 서로 맞물리도록 하여 둥굴게 말아서 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 판형의 일측 단부 및 타측 단부가 서로 맞물리는 부분을 이음부(Q)라고 할때, 상기 권심부재(500)는 상기 이음부(Q)를 중심으로 관형이 되도록 둥글게 말려서 형성된다. 권심 부재(500)의 이음부(Q)를 중심으로 일측을 제1 단부, 타측을 제2 단부라 하면, 상기 제1 단부에는 철부(530)가 형성되고 상기 제2 단부에는 상기 철부(530)와 상응하는 요부(540)가 형성되어, 권심 부재(500)에는 이음부(Q)를 중심으로 슬릿들(510) 및 굴곡부(520)가 구비될 수 있다.

본 발명의 모든 실시예에서, 굴곡부(520)는 실시예와 같은 반원형, 또는 타원형일 수 있으나, 굴곡부(520)의 모양이 이에 한정되는 것은 아니다. 일예를 들면, 굴곡부(520)는 다각형일 수 있다.

이하의 실시예들에서, 제1 방향은 상기 권심 부재의 길이 방향으로, 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직한 상기 권심 부재의 원주 방향으로 정의하기로 한다.

도 3a 내지 도 3e은 본 발명의 제1 내지 제5 실시예에 따른 권심 부재를 설명하기 위한 평면도이다.

도 3a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 권심부재(500a)에는 일정 간격으로 이격된 슬릿들(510a)이 적어도 두개 이상의 열로 배열되고, 연속적인 열들 내의 슬릿들(510a)은 어긋나게 배열되는 패턴 (staggered pattern)으로 구비될 수 있다. 예컨대, 슬릿들(510a)은 상기 권심 부재(500a)의 제1 방향(d1)을 따라 제1 열(501a)에 배열된 제1 슬릿들(511a), 상기 제1 슬릿들(511a)과 이웃하며 일정 간격을 유지하는 제2 열(502a)에 배열된 제2 슬릿들(512a) 및 제3 열(503a)에 배열된 제3 슬릿들(513a), 그리고 도 2b의 이음부(Q)를 중심으로 형성된 슬릿들(510)과 같이 이음부(Qa)를 중심으로 이하의 요부(540a) 및 철부(530a)에 의해 형성된 또다른 슬릿들(미도시)을 포함하여 4개로 이루어져 있다.

상기와 같은 슬릿들(510a)이 형성됨에 따라서 권심 부재(500a)에는 제1 슬릿들(511a)이 형성된 위치에 제1 굴곡부(521a), 제2 슬릿들(512a)이 형성된 위치에 제2 굴곡부(522a), 제3 슬릿들(513a)이 형성된 위치에 제3 굴곡부(523a)가 형성되고, 이음부(Qa)를 중심으로 이하의 철부(530a) 및 요부(540a)에 의해 또다른 굴곡부(미도시)가 형성된다.

상기 권심 부재(500a)의 이음부(Qa)를 중심으로 제1 단부(Qa1)에는 철부(530a)가 형성되고 제2 단부(Qa2)에는 상기 철부(530a)와 상응하는 요부(540a)가 형성된다. 이에 따라, 관형으로 말리게 되면, 권심 부재(500a)에는 도 2b의 이음부(Q)를 중심으로 형성된 슬릿들(510)과 같이 이음부(Qa)를 중심으로 형성된 또 다른 슬릿들 및 굴곡부가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 또다른 슬릿들 및 굴곡부는 요부(540a)와 철부(530a)가 서로 완전하게 대응하지 않도록 함으로써 요부(540a)와 철부(530a)가 이음부(Q)를 중심으로 관형으로 말리게 되었을 때, 요부(540a)와 철부(530a) 사이에 틈이 생기게 되어 형성된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 슬릿들(510a)은 최소한 4개로 이루어지는 것이 바람직한데, 그 이유는 원통형 이차 전지(100)가 충격 또는 압축될 때 어떠한 방향으로 권심 부재(500a)가 압축되더라도 권심 부재(500a)가 항상 돌출되는 굴곡부(520a)가 있어야 하기 때문이다.

여기서, 제2 열(502a)의 제2 슬릿들(512a)은 제1 열(501a)의 이웃한 제1 슬릿들(511a)들 사이에 형성되고, 제3 열(503a)의 제3 슬릿들(513a)은 제2 열(502a)의 이웃한 제2 슬릿들(512a)들 사이에 형성되어, 제1 슬릿들(511a) 및 제1 굴곡부(521a)가 이웃한 제2 슬릿들(512a) 및 제2 굴곡부(522a)와 어긋나고, 또한, 제3 슬릿들(513a) 및 제3 굴곡부(523a)가 이웃한 제2 슬릿들(512a) 및 제2 굴곡부(522a)와 어긋나게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 열(501a), 제2 열(502a) 및 제3 열(503a)은 각각 제1 슬릿들(511a) 제2 슬릿들(512a) 및 제3 슬릿들(513a)이 일정 간격 이격되어 형성될 수 있으며, 서로 순차적으로 연속하는 제1 열(501a), 제2 열(502a) 및 제3 열(503a)에 구비된 제1 슬릿들(511a) 제2 슬릿들(512a) 및 제3 슬릿들(513a)은 각각의 제1 굴곡부(521a), 제2 굴곡부(522a) 및 제3 굴곡부(523a)가 서로 어긋나게 배열되는 패턴으로 구비될 수 있다.도 3b를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 권심부재(500b)에는 일정 간격으로 이격된 슬릿들(510b)이 적어도 두개 이상의 열로 배열되되 각각 연속적인 열 내의 슬릿들(510b)은 규칙적인 컬럼들 (columns)로써 서로 직접 아래에 구비될 수 있다. 예컨대, 슬릿들(510b)은 상기 권심 부재(500b)의 제1 방향(d1)을 따라 제1 열(501b)에 배열된 제1 슬릿들(511b), 상기 제1 슬릿들(511b)과 이웃하며 일정 간격을 유지하는 제2 열(502b)에 배열된 제2 슬릿들(512b) 및 제3 열(503b)에 배열된 제3 슬릿들(513b), 그리고 도 2b의 이음부(Q)를 중심으로 형성된 슬릿들(510)과 같이 이음부(Qb)를 중심으로 이하의 요부(540b) 및 철부(530b)에 의해 형성된 또다른 슬릿들(미도시)을 포함하여 4개로 이루어져 있다.

여기서, 제2 열(502b)의 제2 슬릿들(512b)은 제1 열(501b)의 제1 슬릿들(511b)과 나란하게 형성되고, 제3 열(503b)의 제3 슬릿들(513b)은 제2 열(502b)의 제2 슬릿들(512b)과 나란하게 형성되어, 제1 슬릿들(511b) 및 제1 굴곡부(521b)가 이웃한 제2 슬릿들(512b) 및 제2 굴곡부(522b)와 나란하고, 또한, 제3 슬릿들(513b) 및 제3 굴곡부(523b)가 이웃한 제2 슬릿들(512b) 및 제2 굴곡부(522b)와 나란하게, 즉, 권심 부재(500b)의 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 동일한 위치에 형성될 수 있다. 예컨대, 연속적인 열인 제1 열(501b), 제2 열(502b) 및 제3 열(503b)에는 각각 제1 슬릿들(511b) 제2 슬릿들(512b) 및 제3 슬릿들(513b)이 일정 간격으로 이격되어 구비되고, 상기 제1 슬릿들(511b) 제2 슬릿들(512b) 및 제3 슬릿들(513b)은 각각의 제1 굴곡부(521b), 제2 굴곡부(522b) 및 제3 굴곡부(523b)가 규칙적인 컬롬들로써 서로 직접 아래에 구비되도록 정렬될 수 있다.

제2 실시예에 따른 권심 부재(500b)에도 제1 실시예와 같이, 이음부(Qb)를 중심으로 제1 단부(Qb1)에는 철부(530b)가 형성되고 제2 단부(Qb2)에는 상기 철부(530b)와 상응하는 요부(540b)가 형성된다. 이에 따라, 관형으로 말리게 되면, 권심 부재(500b)에는 도 2b의 이음부(Q)를 중심으로 형성된 슬릿들(510)과 같이 이음부(Qb)를 중심으로 형성된 또다른 슬릿들(미도시) 및 굴곡부(미도시)가 구비될 수 있다.

도 3c를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 권심부재(500c)에는 일정 간격으로 이격된 슬릿들(510c)이 적어도 두개 이상의 열로 배열되고, 각각의 연속적인 열 내의 슬릿들(510c)은 어긋나게 배열되는 패턴으로 구비되되, 각각의 서로 인접한 열로 구비된 슬릿들(510c)에 대하여 180°의 방향으로 대칭되게 형성될 수 있다. 슬릿들(510c)은 상기 권심 부재(500c)의 제1 방향(d1)을 따라 제1 열(501c)에 배열된 제1 슬릿들(511c), 상기 제1 슬릿들(511c)과 이웃하며 일정 간격을 유지하는 제2 열(502c)에 배열된 제2 슬릿들(512c) 및 제3 열(503c)에 배열된 제3 슬릿들(513c), 그리고 도 2b의 이음부(Q)를 중심으로 형성된 슬릿들(510)과 같이 이음부(Qc)를 중심으로 이하의 요부(540c) 및 철부(530c)에 의해 형성된 또다른 슬릿들(미도시)을 포함하여 4개로 이루어져 있다.

여기서, 제2 열(502c)의 제2 슬릿들(512c)은 제1 실시예와 같이 제1 열(501c)의 이웃한 제1 슬릿들(511c)들 사이에 형성되고, 제3 열(503c)의 제3 슬릿들(513c)은 제2 열(502c)의 이웃한 제2 슬릿들(512c)들 사이에 형성되어 제1 슬릿들(511c) 및 제1 굴곡부(521c)가 이웃한 제2 슬릿들(512c) 및 제2 굴곡부(522c)와 어긋나고, 또한, 제3 슬릿들(513c) 및 제3 굴곡부(523c)가 이웃한 제2 슬릿들(512c) 및 제2 굴곡부(522c)와 어긋나게 형성될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따르면, 제2 열(502c)의 제2 슬릿들(512c)은 제2 굴곡부(522c)가 제1 굴곡부(521c)와 권심 부재(500c)의 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 어긋나게 배열되도록 제1 열(501c)의 제1 슬릿들(511c)과 180˚ 대칭되게 형성된다. 예컨대, 연속적인 열인 제1 열(501c), 제2 열(502c) 및 제3 열(503c)에는 각각의 제1 굴곡부(521c), 제2 굴곡부(522c) 및 제3 굴곡부(523c)포함하는 제1 슬릿들(511c) 제2 슬릿들(512c) 및 제3 슬릿들(513c)이 일정 간격으로 이격되어 구비될 수 있다. 이때, 서로 인접한 열, 예컨대 제1 열(501c)과 제2 열(502c) 사이, 또는 상기 제2 열(502c)과 제3 열(503c) 사이의 슬릿들 (511c, 512c, 513c)는 서로 어긋나도록 배열되면서, 동시에 서로 180°의 방향으로 대칭되도록 각각의 굴곡부(521c, 522c, 523c)가 반대방향을 향하도록 구비될 수 있다.

제3 실시예에 따른 권심 부재(500c)에도 제1 실시예 및 제2 실시예와 같이, 이음부(Qc)를 중심으로 제1 단부(Qc1)에는 철부(530c)가 형성되고 제2 단부(Qc2)에는 상기 철부(530c)와 상응하는 요부(540c)가 형성된다. 이에 따라, 관형으로 말리게 되면, 권심 부재(500c)에는 도 2b의 이음부(Q)를 중심으로 형성된 슬릿들(510)과 같이 이음부(Qc)를 중심으로 형성된 또다른 슬릿들(미도시) 및 굴곡부(미도시)가 구비될 수 있다.

도 3d를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 권심부재(500d)에는 일정 간격으로 이격된 슬릿들(510d)이 적어도 두개 이상의 열로 배열되고, 각각의 연속적인 열 내의 상기 슬릿들(510d)은 규칙적인 컬럼들로써 서로 직접 아래에 구비되며, 각각의 연속적인 열 내의 슬릿들(510d)은 각각 서로 인접한 열로 구비된 슬릿들(510d)에 대하여 180°의 방향으로 대칭되게 형성될 수 있다. 예컨대, 슬릿들(510d)은 상기 권심 부재(500d)의 제1 방향을 따라 배열된 제1 열(501d)에 배열된 제1 슬릿들(511d), 상기 제1 슬릿들(511d)과 이웃하며 일정 간격을 유지하는 제2 열(502d)에 배열된 제2 슬릿들(512d), 제3 열(503d)에 배열된 제3 슬릿들(513d) 및 제4 열(504d)에 배열된 제4 슬릿들(514d), 그리고 도 2b의 이음부(Q)를 중심으로 형성된 슬릿들(510)과 같이 이음부(Qd)를 중심으로 이하의 요부(540d) 및 철부(530d)에 의해 형성된 또다른 슬릿들(미도시)을 포함하여 포함하여 5개로 이루어져 있다.

여기서, 제2 열(502d)의 제2 슬릿들(512d)은 제1 열(501d)의 이웃한 제1 슬릿들(511d)들 사이에 형성되고, 제3 열(503d)의 제3 슬릿들(513d)은 제2 열(502d)의 이웃한 제2 슬릿들(512d)들 사이에 형성되며, 제4 열(504d)의 제4 슬릿들(514d)은 제3 열(503d)의 제3 슬릿들(513d)들 사이에 형성된다. 제1 슬릿들(511d) 및 제1 굴곡부(521d)가 이웃한 제2 슬릿들(512d) 및 제2 굴곡부(522d)와 어긋나고, 또한, 제3 슬릿들(513d) 및 제3 굴곡부(523d)가 이웃한 제2 슬릿들(512d) 및 제2 굴곡부(522d)와 어긋나게 형성되며, 제4 슬릿들(514d) 및 제4 굴곡부(524d)가 이웃한 제3 슬릿들(513d) 및 제3 굴곡부(523d)와 어긋나게 형성될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따르면, 제2 열(502d)의 제2 슬릿들(512d) 및 제4 열(504d)의 제4 슬릿들(514d)은 제2 굴곡부(522d) 및 제4 굴곡부(524d)가 제1 굴곡부(521d) 및 제3 굴곡부(523d)와 권심 부재(500d)의 제1 방향(d1)에 수직한 제2 방향(d2)으로 어긋나게 배열되도록 제1 열(501d)의 제1 슬릿들(511d) 및 제3 열(503d)의 제3 슬릿들(513d)과 각각 180˚ 대칭되게 형성된다. 예컨대, 연속적인 열인 제1 열(501d), 제2 열(502d), 제3 열(503d) 및 제4 열(504d)에는 각각 구비된 제1 슬릿들(511d) 제2 슬릿들(512d), 제3 슬릿들(513d) 및 제4 슬릿들(514d)는 규칙적인 컬럼들로 구비되어, 각각의 제1 굴곡부(521d), 제2 굴곡부(522d), 제3 굴곡부(523d) 및 제4 굴곡부(524d)가 서로 직접 아래에 구비되도록 배열될 수 있다. 또한, 이때, 서로 이웃하는 제1 굴곡부(521d) 및 제2 굴곡부(522d)는 서로 반대방향을 향하고, 또한, 제2 굴곡부(522d) 및 제3 굴곡부(523d)도 서로 반대방향을 향하고, 이에 더하여 제3 굴곡부(523d) 및 제4 굴곡부(524d)는 서로 반대향향을 향하도록 구비될 수 있다.

상기 권심 부재(500d)의 이음부(Qd)를 중심으로 제1 단부(Qd1)에는 철부(530d)가 형성되고 제2 단부(Qd2)에는 상기 철부(530d)와 상응하는 요부(540d)가 형성된다. 이에 따라, 관형으로 말리게 되면, 권심 부재(500d)에는 도 2b의 이음부(Q)를 중심으로 형성된 슬릿들(510)과 같이 이음부(Qd)를 중심으로 형성된 또다른 슬릿들(미도시) 및 굴곡부(미도시)가 구비될 수 있다. 제4 실시예에 따른 철부(530d)와 이에 상응하는 요부(540d)는 제1 내지 제3 실시예와는 다르게 다단으로 형성된다. 즉, 상기 요부(540d)인 오목한 형태는 다단계가 되도록, 큰 오목한 형태의 위에 작은 크기의 오목한 형태가 순차적으로 적층되는 형태로 구비될 수 있다

도 3e를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 슬릿들(510e)은 상기 권심 부재(500e)의 제1 방향(d1)을 따라 제1 열(501e)에 배열된 제1 슬릿들(511e), 상기 제1 슬릿들(511e)과 이웃하며 일정 간격을 유지하는 제2 열(502e)에 배열된 제2 슬릿들(512e) 및 제3 열(503e)에 배열된 제3 슬릿들(513e), 그리고 도 2b의 이음부(Q)를 중심으로 형성된 슬릿들(510)과 같이 이음부(Qe)를 중심으로 이하의 요부(540e) 및 철부(530e)에 의해 형성된 또다른 슬릿들을 포함하여 4개로 이루어져 있다.

여기서, 제2 열(502e)의 제2 슬릿들(512e)은 제1 실시예와 같이 제1 열(501e)의 이웃한 제1 슬릿들(511e)들 사이에 형성되고, 제3 열(503e)의 제3 슬릿들(513e)은 제2 열(502e)의 이웃한 제2 슬릿들(512e)들 사이에 형성되어 제1 슬릿들(511e) 및 제1 굴곡부(521e)가 이웃한 제2 슬릿들(512e) 및 제2 굴곡부(522e)와 어긋나고, 또한, 제3 슬릿들(513e) 및 제3 굴곡부(523e)가 이웃한 제2 슬릿들(512e) 및 제2 굴곡부(522e)와 어긋나게 형성될 수 있다.

제1 실시예 내지 제4 실시예와 같이, 제5 실시예에 따른 권심 부재(500e)에도 이음부(Qe)를 중심으로 철부(530e) 및 요부(540e)가 형성된다. 그러나, 이전 실시예들과는 다르게, 이음부(Qe)를 중심으로 제1 단부(Qe1) 및 제2 단부(Qe2)에 철부(530e) 및 요부(540e)가 교대로 형성된다. 이에 따라, 관형으로 말리게 되면, 권심 부재(500e)에는 도 2b의 이음부(Q)를 중심으로 형성된 슬릿들(510)과 같이 이음부(Qe)를 중심으로 형성된 또다른 슬릿들(미도시) 및 굴곡부(미도시)가 구비될 수 있다.

도 4a는 본 발명의 제6 실시예에 따른 권심 부재를 설명하기 위한 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 권심 부재를 관형으로 형성한 사시도이며, 도 4c는 도 4b의 B-B 라인에 따른 단면도이다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 슬릿들(510f)은 상기 권심 부재(500f)의 제1 방향(d1)을 따라 제1 열(501f)에 배열된 제1 슬릿들(511f), 상기 제1 슬릿들(511f)과 이웃하며 일정 간격을 유지하는 제2 열(502f)에 배열된 제2 슬릿들(512f) 및 제3 열(503f)에 배열된 제3 슬릿들(513f), 그리고 이음부(Qf)를 중심으로 이하의 요부(540f) 및 철부(530f)에 의해 형성된 또다른 제4 슬릿들(514f)을 포함하여 4개로 이루어져 있다.

상기와 같은 슬릿들(510f)이 형성됨에 따라서 권심 부재(500f)에는 제1 슬릿들(511f)이 형성된 위치에 제1 굴곡부(521f), 제2 슬릿들(512f)이 형성된 위치에 제2 굴곡부(522f), 제3 슬릿들(513f)이 형성된 위치에 제3 굴곡부(523f)가 형성되고, 이음부(Qf)를 중심으로 이하의 철부(530f) 및 요부(540f)에 의해 또다른 제4 굴곡부(524f)가 형성된다.

여기서, 제2 열(502f)의 제2 슬릿들(512f)은 제1 실시예 및 제5 실시예와 같이 제1 열(501f)의 이웃한 제1 슬릿들(511f)들 사이에 형성되고, 제3 열(503f)의 제3 슬릿들(513f)은 제2 열(502f)의 이웃한 제2 슬릿들(512f)들 사이에 형성되어 제1 슬릿들(511f) 및 제1 굴곡부(521f)가 이웃한 제2 슬릿들(512f) 및 제2 굴곡부(522f)와 어긋나고, 또한, 제3 슬릿들(513f) 및 제3 굴곡부(523f)가 이웃한 제2 슬릿들(512f) 및 제2 굴곡부(522f)와 어긋나게 형성될 수 있다.

제6 실시예에 따른 권심 부재(500f)에도 제1 실시예 내지 제3 실시예와 같이, 이음부(Qf)를 중심으로 제1 단부(Qf1)에는 철부(530f)가 형성되고 제2 단부(Qf2)에는 상기 철부(530f)와 상응하는 요부(540f)가 형성된다. 이에 따라, 관형으로 말리게 되면, 권심 부재(500f)에는 이음부(Qf)를 중심으로 제4 슬릿들(514f) 및 제4 굴곡부(524f)가 구비될 수 있다.

이전 실시예들과는 다르게, 제6 실시예에 따른 권심 부재(500f)는 굴곡부(520f)에 형성된 오목부(525a)를 더 구비한다. 도 4c를 참조하면, 권심 부재(500f)가 관형으로 말리게 될 때, 오목부(525a)는 권심 부재(500f)의 중심 방향인 내측으로 돌출된다. 이러한 구조의 오목부(525a)는 원통형 이차 전지(100)가 조립된 상태일 때에는 권심 부재(500f)의 내측으로 돌출되므로, 전극 조립체(200)와 접촉하지 않아 전극 조립체(200)에 영향을 미치지 않는다. 그러나, 원통형 이차 전지(100)가 충격 또는 압축될 경우, 굴곡부(520f)와 함께 굴곡부(520f)에 구비된 오목부(525a)가 돌출되므로, 권심 부재(500)와 인접한 부분을 파손시키는 굴곡부(520f)의 기능을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 굴곡부(520f) 또는 굴곡부(520f)의 일부분이 압축되는 경우에도 오목부(525a)가 돌출되어 굴곡부(520f)의 기능을 대신할 수도 있다. 여기서, 도 4c와 같이, 오목부(525a)는 반구형 또는 원뿔형의 모양을 가질 수 있으나, 오목부(525a)의 모양이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5a는 본 발명의 제7 실시예에 따른 권심 부재를 설명하기 위한 평면도이고, 도 5b는 도 5a의 권심 부재를 관형으로 형성한 사시도이며, 도 5c는 도 5b의 C-C 라인에 따른 단면도이다.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 권심부재(500g)는 적어도 두개 이상의 열로 이루어진 슬릿들(510g)로, 각각의 연속적인 열 내의 슬릿들(510g)은 어긋나게 배열되는 패턴으로 구비되고, 각각의 슬릿(510g)은 상기 굴곡부에 인접하게 위치한 오목부를 구비할 수 있다. 슬릿들(510g)은 상기 권심 부재(500g)의 제1 방향(d1)을 따라 제1 열(501g)에 배열된 제1 슬릿들(511g), 상기 제1 슬릿들(511g)과 이웃하며 일정 간격을 유지하는 제2 열(502g)에 배열된 제2 슬릿들(512g) 및 제3 열(503g)에 배열된 제3 슬릿들(513g), 그리고 이음부(Qg)를 중심으로 이하의 요부(540g) 및 철부(530g)에 의해 형성된 또다른 제4 슬릿들(514g)을 포함하여 4개로 이루어져 있다.

상기와 같은 슬릿들(510g)이 형성됨에 따라서 권심 부재(500g)에는 제1 슬릿들(511g)이 형성된 위치에 제1 굴곡부(521g), 제2 슬릿들(512g)이 형성된 위치에 제2 굴곡부(522g), 제3 슬릿들(513g)이 형성된 위치에 제3 굴곡부(523g)가 형성되고, 이음부(Qg)를 중심으로 이하의 철부(530g) 및 요부(540g)에 의해 또다른 제4 굴곡부(524g)가 형성된다.

여기서, 제2 열(502g)의 제2 슬릿들(512g)은 제1 실시예, 제5 실시예 및 제6 실시예와 같이 제1 열(501g)의 이웃한 제1 슬릿들(511g)들 사이에 형성되고, 제3 열(503g)의 제3 슬릿들(513g)은 제2 열(502g)의 이웃한 제2 슬릿들(512g)들 사이에 형성되어 제1 슬릿들(511g) 및 제1 굴곡부(521g)가 이웃한 제2 슬릿들(512g) 및 제2 굴곡부(522g)와 어긋나고, 또한, 제3 슬릿들(513g) 및 제3 굴곡부(523g)가 이웃한 제2 슬릿들(512g) 및 제2 굴곡부(522g)와 어긋나게 형성될 수 있다.

제7 실시예에 따른 권심 부재(500g)에도 제1 실시예 내지 제3 실시예 및 제6 실시예와 같이, 이음부(Qg)를 중심으로 제1 단부(Qg1)에는 철부(530g)가 형성되고 제2 단부(Qg2)에는 상기 철부(530g)와 상응하는 요부(540g)가 형성된다. 이에 따라, 관형으로 말리게 되면, 권심 부재(500g)에는 이음부(Qg)를 중심으로 제4 슬릿들(514g) 및 제4 굴곡부(524g)가 구비될 수 있다.

제1 내지 제5 실시예들과는 다르게, 제7 실시예에 따른 권심 부재(500g)는 굴곡부(520g)에 형성된 오목부(525b)를 더 구비한다. 도 5c를 참조하면, 권심 부재(500g)가 관형으로 말리게 될 때, 오목부(525b)는 권심 부재(500g)의 중심 방향인 내측으로 돌출된다. 이러한 구조의 오목부(525b)는 원통형 이차 전지(100)가 조립된 상태일 때에는 권심 부재(520g)의 내측으로 돌출되므로, 전극 조립체(200)와 접촉하지 않아 전극 조립체(200)에 영향을 미치지 않는다. 그러나, 원통형 이차 전지(100)가 충격 또는 압축될 경우, 굴곡부(520g)와 함께 굴곡부(520g)에 구비된 오목부(525b)가 돌출되므로, 권심 부재(500)와 인접한 부분을 파손시키는 굴곡부(520g)의 기능을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 굴곡부(520g) 또는 굴곡부(520g)의 일부분이 압축되는 경우에도 오목부(525b)가 돌출되어 굴곡부(520g)의 기능을 대신할 수도 있다. 여기서, 도 5c와 같이, 오목부(525b)는 사각뿔의 모양을 가질 수 있으나, 오목부(525b)의 모양이 이에 한정되는 것은 아니다. 제7 실시예와 같이, 오목부(525b)가 사각뿔의 모양일 경우, 이전 제6 실시예보다 권심 부재(500)와 인접한 부분을 파손시키는 기능이 더욱 향상될 수도 있다.

도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 권심 부재에 충격을 가했을 경우를 설명하기 위한 사시도이다.

도 6a를 참조하면, 종래에는 전극 조립체가 권심 부재(50)의 길이 방향에 수직한 원주 방향으로 압축되는 경우에, 전극 조립체의 권심부가 권심 부재(50)를 압축하면서 권심 부재(50)가 변형되고 이때 단락을 유발하는 각부(51)가 돌출되어 전극 조립체의 내부 단락을 유발하였다. 　이때, 내부 단락이 유발되기 위해서는 2가지 조건이 동시에 유지되어야 한다. 내부 단락을 유발하는 각부(51)가 돌출된 상태를 유지하는 것과 그 각부(51)에 의해 전극 조립체의 권심부가 파손될 수 있도록 압축력이 지속되는 것이다. 　그러나, 권심 부재(50)를 압축시킬 정도의 압축력이 가해지고 있는 상태라면 각부(51) 또한 압축력을 견디기 어렵다. 이에 따라, 각부(51)에 의해 전극 조립체의 권심부가 파손되기 이전에 권심 부재(50)가 전체적을 압축되는 변형 특성이 보인다.

이는 권심 부재(50)를 변형시키는 압축력의 방향과 내부 단락을 유발시키는 각부(51)의 돌출 방향이 일치, 또는 유사하기 때문에 권심 부재(50)의 변형을 유발시키는 크기의 압축력을 각부(51)가 견디지 못하고 압축 변형되는 것으로, 전극 조립체의 권심부 파손으로 내부 단락을 유발시키는 목적을 달성하기가 어렵다.

도 6b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 권심 부재(500)는 굴곡부(520)의 돌출 방향이 압력 또는 압축력의 방향과 수직, 또는 그 수준에 가깝게 유지되도록 슬릿들(510)이 형성되고 굴곡부(520)가 돌출되는 길이 또한 전극 조립체(200) 중 권심 부재(500)와 인접한 부분을 파손시킬 수 있는 범위로 조절될 수 있다. 이에 따라서, 압축력의 크기가 매우 크더라도 전극 조립체(200) 중 권심 부재(500)와 인접한 부분을 파손시키는 예리한 부분이 유지되면서 폭발 이전에 내부 단락을 발생시킬 수 있으므로 원통형 이차 전지(100)의 안전성을 보장할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 외부의 충격 등에 의해 압력이 가해졌을 때 전극 조립체의 내부 단락을 유발할 수 있는 굴곡부를 권심 부재에 형성함으로써 폭발 이전에 내부 단락을 발생시켜, 원통형 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 리튬 이차 전지 200 : 전극 조립체
210 : 제1 전극판 215 : 제1 전극 탭
220 : 제2 전극판 225 : 제2 전극 탭
230 : 세퍼레이터 241, 245 : 절연 플레이트
300 : 케이스 310 : 원통면
320 : 하면 330 : 크리핑부
340 : 비딩부 400: 캡 조립체
500a, 500b, 500c, 500d, 500e, 500f, 500g : 권심 부재
510a, 510b, 510c, 510d, 510e, 510f, 510g : 슬릿들
520a, 520b, 520c, 520d, 520e, 520f, 520g : 굴곡부

Claims

외주면에 의하여 둘러싸이고 세로축 (longitudinal axis)으로 구비되는 보어 (bore)를 갖는 권심부재; 및
상기 세로축과 동축 (coaxially)으로 상기 권심부재의 외주면 주변에서 권취되어 형성된 전극조립체;를 포함하고,
상기 외주면은 정렬된 복수개의 슬릿들에 의하여 관통되고, 상기 외주면에는 각각의 슬릿에 의해 굴곡부가 형성되며,
각각의 슬릿은 세로축과 나란한 제1 방향을 따라, 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 변화하는 높이를 갖되, 중앙 위치에서 최상부를 갖고, 양단 위치에서 최하부를 가지며, 최상부와 일단의 최하부를 연결하는 제1 부분과, 최상부와 타단의 최하부를 연결하는 제2 부분을 갖는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 슬릿들은 제1 방향으로 정렬되고, 상기 굴곡부는 제2 방향을 향하여 오목하도록 오목한 형태를 갖는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 굴곡부의 최상부에서 최하부까지 측정된 슬릿의 길이는 1㎜ 내지 2㎜인 것인 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 굴곡부의 최상부에서 최하부까지 측정된 슬릿의 길이는 상기 전극조립체와 권심부재 사이의 거리에 대하여 120% 내지 140%인 것인 이차전지.
제1항에 있어서,
일정 간격으로 이격된 슬릿들이 적어도 두개 이상의 열로 배열되고, 연속적인 열들 내의 슬릿들은 어긋나게 배열되는 패턴 (staggered pattern)으로 구비되는 이차전지.
제1항에 있어서,
일정 간격으로 이격된 슬릿들이 적어도 두개 이상의 열로 배열되고, 각각 연속적인 열 내의 슬릿들은 규칙적인 컬럼들 (columns)로써 서로 직접 아래에 구비되는 이차전지.
제1항에 있어서,
일정 간격으로 이격된 슬릿들이 적어도 두개 이상의 열로 배열되고, 각각의 연속적인 열 내의 슬릿들은 어긋나게 배열되는 패턴으로 구비되되, 각각의 서로 인접한 열로 구비된 슬릿들에 대하여 180°의 방향으로 대칭되게 형성되는 이차전지.
제1항에 있어서,
일정 간격으로 이격된 슬릿들이 적어도 두개 이상의 열로 배열되고, 각각의 연속적인 열 내의 상기 슬릿들은 규칙적인 컬럼들로써 서로 직접 아래에 구비되며, 각각의 연속적인 열 내의 슬릿들은 각각 서로 인접한 열로 구비된 슬릿들에 대하여 180°의 방향으로 대칭되게 형성되는 이차전지.
제1항에 있어서,
적어도 두개 이상의 열로 이루어진 슬릿들을 포함하고, 각각의 연속적인 열 내의 슬릿들은 어긋나게 배열되는 패턴으로 구비되고, 각각의 슬릿은 상기 굴곡부에 인접하게 위치한 오목부를 갖는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 권심부재는 상기 전극조립체의 중심에 구비되는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 권심부재는 횡단면이 원형이고, 막대형태 (rod)로 구비되는 이차전지.
제11항에 있어서,
상기 권심부재는 굴곡부를 갖는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 권심부재는 전극조립체의 높이에 대하여 90% 내지 110%의 높이로 구비되는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 권심부재는 이음부를 중심으로 관형 (tubular)이 되도록 둥글게 말린 형태로 구비되는 이차전지.
제14항에 있어서,
상기 권심부재는 상기 이음부를 중심으로 제1 단부와 제2 단부로 이루어지고, 상기 제1 단부에는 철부가 구비되고, 상기 제2 단부에는 요부가 구비되는 이차전지.
제2항에 있어서,
상기 오목한 형태는 다단계가 되도록 형성되는 이차전지.
제9항에 있어서,
상기 오목부는 반구형 또는 원뿔형으로 이루어지는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 굴곡부는 반원형, 타원형 또는 다각형으로 이루어지는 이차전지.