KR102048763B1 - 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충격에 의한 발화를 방지할 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되는 전극집합체 및 상기 전극집합체의 권취 중심에 마련되며, 둘레에 상기 전극집합체를 절단할 수 있는 나이프를 구비하는 코어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 충격에 의한 발화를 방지할 수 있는 이차전지에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

한편, 이차 전지 중 리튬이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.

대한민국공개특허공보 제10-2007-0097152호에는 종래의 젤리롤형 전극집합체 및 이를 가지는 이차 전지가 개시되어 있다.

이와 같은 종래의 이차전지는 원형 셀의 고용량화로 캔(can) 외벽, 포일(foil) 등에서 얇은 재료를 사용하면서 기계적 테스트에 취약해졌으며, 임팩트 테스트에 실패하는 확률이 증가하고 있다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극의 단선을 유도하여 전극 포일 간의 쇼트를 유도하여 외부 충격에 의한 발화를 방지할 수 있는 전극집합체를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 원통형 이차전지는 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되는 전극집합체 및 상기 전극집합체의 권취 중심에 마련되며, 둘레에 상기 전극집합체를 절단할 수 있는 나이프를 구비하는 코어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 나이프는 상기 코어부의 둘레 중앙에 형성될 수 있다.

또한, 상기 이차전지는 상기 코어부의 둘레에 배치되어 상기 코어부를 상기 양극 또는 음극으로부터 이격시키며, 충격이 인가되는 경우 상기 나이프가 상기 양극 또는 상기 음극에 접촉하도록 수축하는 지지부재를 더 포함할 수 있다.

상기 지지부재는 상기 나이프를 기준으로 상기 코어부의 양측에 형성될 수 있다.

상기 지지부재의 길이는 상기 나이프보다 길 수 있다.

상기 지지부재는 상기 나이프의 길이보다 두꺼울 수 있다.

본 발명에 따르면, 전극 포일의 단선을 유도하여 이차전지의 발화를 방지하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 이차전지의 발화를 방지하여 임팩트 테스트의 성공률을 높이는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 코어부에 지지부재를 설치하여 물리적 충격이 없을 시 코어부의 나이프에 의해 전극집합체가 손상되지 않도록 하여 안정성을 확보하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극집합체를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 2는 도 1의 좌측면도이다.
도 3은 도 2를 절단하여 "A" 방향으로 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극집합체를 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 2는 도 1의 좌측면도이고, 도 3은 도 2를 절단하여 "A" 방향으로 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되는 전극집합체(10) 및 상기 전극집합체(10)의 권취 중심에 마련되며, 둘레에 상기 전극집합체(10)를 절단할 수 있는 나이프(21)를 구비하는 코어부(20)를 포함한다.

전극집합체(10)는 양극 활물질이 코팅된 양극, 음극 활물질이 코팅된 음극, 양극 및 음극 사이에 위치하여 양극과 음극의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 분리막으로 이루어진다.

그리고 전극집합체(10)는 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되는 젤리 롤 형을 형성한다.

또한, 일반적으로 양극은 알루미늄(Al) 재질의 양극 포일(foil), 음극은 구리 재질의 음극 포일(foil)을 사용하며, 분리막은 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있지만, 본 발명에서 위의 소재를 한정하는 것은 아니다.

양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다.

음극 활물질은 탄소(C) 계열 물질, 규소(Si), 주석(Sn), 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(compositetin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있다.

한편, 일반적으로 젤리 롤 형 전극집합체(10)는 전해액과 함께 캔부재 등에 수용되어 원통형 이차전지를 형성한다.

이러한 원통형 이차전지는 외부에서 충격이 가해질 경우 외부 충격이 내부의 젤리 롤 형 전극집합체(10)에 그대로 전달되어 젤리 롤 형 전극집합체(10)에 손상이 발생될 수 있는데, 특히 전지의 안정성 검사를 위한 임팩트(impact), 크러쉬(crush) 등의 시험 시에 가해지는 외부 충격이 젤리 롤 형 전극집합체(10)를 손상시키는 경우가 있다.

따라서 본 발명은 물리적 충격에 의해 젤리 롤 형 전극집합체(10)가 손상을 입었을 경우에 발화가 발생하는 것을 방지하기 위해 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심에 코어부(20)를 설치한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 코어부(20)는 길이방향 중앙 둘레를 따라 나이프(21)가 형성되는데, 나이프(21)를 실시예를 들어 설명하면 코어부(20)를 중심으로 칼날이 연속되게 형성되는 원반형 또는 코어부(20)를 중심으로 복수의 칼날이 배열되는 방사형 등으로 형성될 수 있다.

하지만, 나이프(21)를 상기 실시예로 한정하는 것은 아니며 코어부(20)를 중심으로 형성되어 전극집합체(10)에 물리적 충격이 발생할 시 전극집합체를 절단할 수 있다면 본 발명에서 그 형상을 제한하지는 않는다.

그리고 코어부(20)는 둘레에 지지부재(30)가 배치된다.

지지부재(30)는 나이프(21)를 기준으로 코어부(20)의 양측에 각각 배치되어 코어부(20)로부터 전극집합체(10)를 지지한다.

지지부재(30)는 전극집합체(10)를 탄성 지지할 수 있도록 탄성을 갖는 소재인 고무, 연성의 플라스틱 등으로 형성될 수 있다.

하지만, 본 발명에서 지지부재(30)의 소재는 전극집합체(10)와 코어부(20)의 사이에 배치되어 전극집합체(10)를 탄성 지지할 수 있다면 그 소재를 한정하지는 않는다.

즉, 지지부재(30)는 코어부(20)의 둘레에 배치되어 코어부(20)를 전극집합체(10)의 양극 또는 음극으로부터 이격시키며, 외부로부터 물리적 충격이 인가되는 경우 나이프(21)가 상기 양극 또는 상기 음극에 접촉하도록 수축할 수 있게 한다.

따라서, 지지부재(30)의 두께가 나이프(21)의 길이보다 두껍도록 지지부재(30)의 길이는 나이프(21)보다 길게 형성되어 지지부재(30)가 수축되지 않으면 전극집합체(10)의 양극 또는 음극은 나이프(21)에 의해 절단되지 않도록 하여 안전성을 확보한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 전극 포일의 단선을 유도하여 이차전지의 발화를 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 이차전지의 발화를 방지하여 임팩트 테스트의 성공률을 높이는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 코어부에 지지부재를 설치하여 물리적 충격이 없을 시 코어부의 나이프에 의해 전극집합체가 손상되지 않도록 하여 안정성을 확보하는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 이차전지를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

10: 전극집합체
20: 코어부
21: 나이프
30: 지지부재

Claims (6)

1. 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되는 전극집합체(10); 및
   상기 전극집합체(10)의 권취 중심에 마련되며, 둘레에 상기 전극집합체(10)를 절단할 수 있는 나이프(21)를 구비하는 코어부(20); 를 포함하고,
   상기 코어부(20)의 둘레에 배치되어 상기 코어부(20)를 상기 양극 또는 음극으로부터 이격시키며, 충격이 인가되는 경우 상기 나이프(21)가 상기 양극 또는 상기 음극에 접촉하도록 수축하는 지지부재(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 나이프(21)는 상기 코어부(20)의 중앙 둘레에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 지지부재(30)는 상기 나이프(21)를 기준으로 상기 코어부(20)의 양측에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 지지부재(30)의 길이는 상기 나이프(21)보다 긴 것을 특징으로 하는 이차전지.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 지지부재(30)는 상기 나이프(21)의 길이보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 이차전지.

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