KR102074202B1 - 이차전지 - Google Patents

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KR102074202B1
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shrinkable protective
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이정필
이희원
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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 전극조립체; 및 상기 전극조립체의 외면에 구비되고, 열에 의해 수축되는 열수축성 보호층을 포함한다.

Description

이차전지{Secondary Battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 특히 전극조립체의 스웰링(swelling)을 효과적으로 억제하는 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차 전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
특허등록번호 제10-0958649호
이차전지는 전극조립체, 상기 전극조립체가 수용되는 케이스를 포함하며, 상기 전극조립체는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층되면서 형성된다.
이와 같은 이차전지는 충방전 공정을 수행하는데, 이때 전극이 팽창 및 수축되고, 전극과 분리막의 계면도 변화하여 전극조립체가 스웰링(swelling)된다. 이로 인해 셀의 두께 변화나 셀의 저항증가로 수명이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 충방전시 전극조립체가 스웰링되는 것을 효과적으로 억제하고, 수명을 개선하는 이차전지를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체; 및 상기 전극조립체의 외면에 구비되고, 열에 의해 수축되는 열수축성 보호층을 포함할 수 있다.
상기 열수축성 보호층은 상기 전극조립체의 둘레를 감싸도록 구비될 수 있다.
한편, 상기 열수축성 보호층은 상기 전극조립체의 둘레 전체를 감싸도록 구비될 수도 있고, 상기 전극조립체의 둘레 일부를 감싸도록 구비될 수도 있다.
상기 열수축성 보호층은 상기 전극조립체의 폭방향으로 감겨지면서 상기 전극조립체의 둘레 일부를 감쌀 수 있다.
상기 열수축성 보호층은 상기 전극조립체의 폭방향으로 복수개가 감겨질 수 있다.
상기 열수축성 보호층은 상기 전극조립체의 길이방향으로 감겨지면서 상기 전극조립체의 둘레 일부를 감쌀 수 있다.
상기 열수축성 보호층은 상기 전극조립체의 길이방향으로 복수개가 감겨질 수 있다.
상기 열수축성 보호층은 열수축성 보호테이프로 마련될 수 있다.
상기 열수축성 보호층은 절연성 소재로 마련될 수 있다.
상기 열수축성 보호층은 이축연신 필름(biaxial oriented film)으로 마련될 수 있다.
상기 열수축성 보호층은 나이론(Nylon), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에스테르(Polyester), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리에틸렌프탈레이트(Polyethylene phthalate) 및 폴리스티렌(Polystyrene) 중 어느 하나로 마련될 수 있다.
상기 열수축성 보호층은 열경화성이 없는 소재로 마련될 수 있다.
상기 열수축성 보호층이 구비된 상기 전극조립체가 수용되는 케이스를 더 포함하며, 상기 케이스는 열에 의해 수축되는 외측 열수축성 보호층을 포함할 수 있다.
상기 케이스는 금속층, 외측 접착층 및 외측 열수축성 보호층이 순차적으로 적층된 구조를 포함할 수 있다.
상기 외측 열수축성 보호층은 상기 케이스의 가장 바깥쪽에 부착될 수 있다.
상기 외측 열수축성 보호층은 상기 케이스에 포함되되, 상기 케이스의 가장 바깥쪽에 적층될 수 있다.
상기 외측 열수축성 보호층은 상기 케이스의 가장 안쪽에 위치될 수 있다.
상기 외측 열수축성 보호층은 열경화성이 없는 소재로 마련될 수 있다.
상기 케이스의 내면에 실링층과 내측 접착층이 더 적층될 수 있다.
상기 케이스는 내측에서 외측으로 감에 따라 실링층, 내측 접착층, 금속층, 외측 접착층 및 외측 열수축성 보호층이 순차적으로 적층되는 구조로 형성될 수 있다.
본 발명은 하기와 같은 효과가 있다.
첫째: 본 발명의 이차전지는 전극조립체의 외측에 열수축성 보호층을 구비하며, 이에 전극조립체의 스웰링을 효과적으로 억제하고, 수명을 개선할 수 있다.
둘째: 본 발명의 이차전지에서 열수축성 보호층은 열수축성 보호테이프로 마련되며, 이에 사용 및 제작의 용이성을 얻을 수 있다.
셋째: 본 발명의 이차전지에서 열수축성 보호층은 이축연신 필름으로 마련되며, 이에 전극조립체의 수축을 돕고, 셀의 발열을 이용하므로 온도 상승으로 인한 셀 퇴화도 방지할 수 있다.
넷째: 본 발명의 이차전지에서 열수축성 보호층은 절연성 소재로 마련되며, 이에 열수축성 보호층에 의해 외부와 쇼트가 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
다섯째: 본 발명의 이차전지에서 열수축성 보호층은 열경화성이 없는 소재로 마련되며, 이에 열수축성 보호층의 온도가 내려가면 원상태로 복원되면서 사용의 연속성을 얻을 수 있다.
여섯째: 본 발명의 이차전지는 전극조립체를 수용하는 케이스에 열수축성 보호층을 포함하며, 이에 전극조립체의 스웰링 및 수명을 개선할 뿐만 아니라, 이차전지의 변형까지 억제할 수 있다.
일곱째: 본 발명의 이차전지는 전극조립체의 둘레 전체 또는 둘레 일부를 감싸도록 열수축성 보호층을 구비함으로써 사용성과 효율성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체를 도시한 사시도.
도 3 내지 도 8은 열수축성 보호층의 다양한 실시예를 도시한 단면도로, 도 3은 열수축성 보호테이프를 도시한 도면이고, 도 4는 전극조립체의 폭방향으로 둘레 전체에 열수축성 보호층을 구비한 도면이며, 도 5는 전극조립체의 폭방향으로 둘레 일부에 열수축성 보호층을 구비한 도면이고, 도 6은 전극조립체의 폭방향으로 복수의 열수축성 보호층을 구비한 도면이며, 도 7은 전극조립체의 길이방향으로 둘레 일부에 열수축성 보호층을 구비한 도면이고, 도 8은 전극조립체의 길이방향으로 복수의 열수축성 보호층을 구비한 도면임.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지를 도시한 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[제1 실시예에 따른 이차전지]
본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(110), 전극조립체(110)가 수용되는 케이스(120)를 포함한다.
여기서 전극조립체(110)는 복수의 전극과 복수의 분리막이 상하방향을 따라 교대로 적층되면서 형성되고, 상기 복수의 전극은 제1 전극과 제2 전극으로 마련되며, 상기 복수의 분리막은 제1 분리막 및 제2 분리막으로 마련될 수 있다.
즉, 전극조립체(110)는 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막이 상하방향을 따라 순차적으로 적층된 기본단위체, 또는 상기 기본단위체가 2개 이상 적층되는 단위체 스택부로 형성될 수 있다.
한편, 이차전지는 전지 성능을 향상시키기 위해 충방전 공정을 수행하는데, 이때 전극조립체(110)는 충방전시 열이 발생함과 동시에 스웰링(swelling)이 발생한다. 특히, 스웰링이 크거나 국부적으로 발생할 경우 셀 외관에 변형이 일어나거나 전극이 탈리되고, 수명이 퇴화되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지는 충방전시 전극조립체(110)의 스웰링을 효과적으로 억제하는 열수축성 보호층(130)을 포함한다.
즉, 열수축성 보호층(130)은 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(110)의 외측을 감싸는 형태로 구비되고, 이로 인해 충전시 팽창을 열수축성 보호층 자체의 물리적 강도로 억제하며, 추가로 전극조립체(110) 또는 외부에서 발생하는 열에 의해 수축되면서 전극조립체(110)를 압박하여 전극조립체의 스웰링을 효과적으로 억제하며, 이에 전극조립체의 변형 및 전극의 탈리를 방지할 수 있다.
여기서 열수축성 보호층(130)은 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 열수축성 보호테이프(130A)로 마련될 수 있다. 즉, 열수축성 보호테이프(130A)는 전극조립체(110)의 둘레 감싸도록 부착되며, 이에 작업의 효율성을 높이면서 전극조립체의 스웰링을 억제할 수 있다.
특히, 열수축성 보호테이프(130A)는 감기는 횟수를 조절하여 전극조립체(110)에 가해지는 압박을 조절할 수 있다. 즉, 전극조립체(110)의 적층 두께가 클 경우 횟수를 많게 하여 전극조립체의 스웰링을 효과적으로 억제하고, 적층 두께가 작을 경우 횟수를 작게 하여 전극조립체에 큰 압박이 가해지지 않도록 조절할 수 있다.
한편, 열수축성 보호층(130)은 전극조립체(110)의 둘레 전체 또는 둘레 일부를 감싸도록 구비될 수 있다.
즉, 스웰링이 크게 발생하는 전극조립체(110)는 둘레 전체를 감싸도록 열수축성 보호층(130)를 구비하고, 스웰링이 작게 발생하거나 열수축성 보호층(130)을 둘레 전체에 구비할 수 없는 전극조립체(110)는 둘레 일부를 감싸도록 열수축성 보호층(130)를 구비할 수 있다.
여기서 전극조립체(110)의 둘레 일부에 구비되는 열수축성 보호층(130)은 하기와 같이 구비될 수 있다.
첫째: 열수축성 보호층(130)은 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(110)의 폭방향에 위치한 둘레 전체, 즉 전극조립체의 상하좌우면 전체를 감싸도록 구비될 수 있다.
둘째: 열수축성 보호층(130)은 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(110)의 폭방향에 위치한 둘레 일부, 즉 전극조립체(110)의 상하좌우면 일부를 감싸도록 구비될 수 있다. 예로, 전극조립체(110)의 폭방향에 위치한 상하좌우면 중앙을 통과하도록 열수축성 보호층(130)을 구비할 수 있다.
셋째: 열수축성 보호층(130)은 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 복수개로 마련되고, 복수개의 열수축성 보호층(130)은 전극조립체(110)의 상하좌우면 일부를 감싸도록 구비될 수 있다. 예로, 전극조립체(110)의 폭방향에 위치한 상하좌우면의 중앙과 양쪽 단부를 통과하도록 3개의 열수축성 보호층(130)을 구비한다.
넷째: 열수축성 보호층(130)은 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(110)의 길이방향에 위치한 둘레 일부, 즉 전극조립체(110)의 전후상하면 일부를 감싸도록 구비될 수 있다. 예로, 전극조립체(110)의 길이방향에 위치한 전후상하면 중앙을 통과하도록 열수축성 보호층(130)을 구비한다.
다섯째: 열수축성 보호층(130)은 도 8에 도시되어 있는 것과 같이, 복수개로 마련되고, 복수개의 열수축성 보호층(130)은 전극조립체(110)의 전후상하면 일부를 감싸도록 구비될 수 있다. 예로, 전극조립체(110)의 길이방향에 위치한 전후상하면 중앙과 양쪽 단부를 통과하도록 3개의 열수축성 보호층(130)을 구비한다.
이와 같이 전극조립체(110)의 크기, 형상 두께에 따라 열수축 보호층(130)를 전극조립체(110)의 둘레 전체 또는 일부를 감싸도록 구비함으로써 효율성을 높일 수 있고, 전극조립체(110)의 스웰링을 효과적으로 억제할 수 있다.
한편, 열수축성 보호층(130)은 안전성을 높이기 위해 다양한 소재로 마련될 수 있다.
첫째로, 열수축성 보호층(130)은 절연성을 가진 소재로 마련될 수 있다. 즉, 열수축 보호층이 전도성 소재라면 전극조립체(110)에 포함된 서로 다른 전극이 열수축성 보호층(130)에 의해 연결되면서 쇼트가 발생할 수 있게 되므로, 이를 방지하기 위해 열수축성 보호층(130)을 절연성 소재로 마련하여 서로 다른 전극의 단락을 방지하고, 쇼트 사고 발생을 미연에 방지한다.
둘째로, 열수축성 보호층(130)은 이축연신 필름(xial oriented film)으로 마련될 수 있다. 즉, 이축연신 필름은 강도, 열수축성, 투명성이 우수한 것으로, 이축연신 필름으로 열수축성 보호층을 마련함으로써 충방전시 전극조립체(110)의 부피 팽창을 안정적으로 압박하여 변형을 방지할 수 있다.
셋째로, 열수축성 보호층(130)은 나이론(Nylon), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에스테르(Polyester), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리에틸렌프탈레이트(Polyethylene phthalate) 및 폴리스티렌(Polystyrene) 중 어느 하나의 소재로 마련될 수 있다. 상기 소재는 충방전이 없을 때는 전극조립체(110)를 압박하지 않을 수 있으며, 충방전에만 전극조립체(110)에서 발생하는 열에 의해 수축하면서 전극조립체(110)를 효과적으로 압박하게 될 수 있다.
넷째로, 열수축성 보호층(130)은 열경화성이 없는 소재로 마련될 수 있다. 즉, 열수축성 보호층(130)은 열을 가할수록 단단하게 굳어지지 않는 소재로 마련되며, 이에, 전극조립체(110)에서 발생한 열에 의해 수축하더라도 유연성을 가지며, 이에 전극조립체를 안정적으로 압박할 수 있다. 특히 열경화성이 없는 소재인 경우 열수축성 보호층(130)의 온도가 내려갈 경우 원상태로 복원될 수 있는데, 이 경우 사용의 연속성을 얻을 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체(110)의 외주면에 열수축성 보호층(130)을 구비함으로써 충방전시 전극조립체(110)의 스웰링을 효과적으로 억제할 수 있으며, 특히 전극조립체(110) 및 이차전지의 변형을 방지할 수 있어 안전성 및 상품성을 높일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 다른 실시예를 설명함에 있어 전술한 실시예와 유사한 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.
[제2 실시예에 따른 이차전지]
본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지는 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 외주면에 열수축성 보호층(130)이 구비된 전극조립체(110)와, 전극조립체(110)가 수용되고 열수축성 보호층이 구비된 케이스(120)를 포함한다.
여기서 열수축성 보호층을 구분하기 위해 케이스(120)에 구비되는 열수축성 보호층은 외측 열수축성 보호층(125)이라 한다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체(110)에 구비된 열수축성 보호층(130)으로 전극조립체의 스웰링을 1차로 억제하고, 케이스(120)에 구비된 외측 열수축성 보호층(125)으로 전극조립체(110)의 스웰링을 2차로 억제한다. 이에 따라 전극조립체(110) 및 케이스(120)의 변형을 효과적으로 방지할 수 있다.
여기서 케이스(120)는 금속층(123), 외측 접착층(124) 및 외측 열수축성 보호층(125)이 순차적으로 적층된 구조로 마련될 수 있다. 즉 금속층(123)은 케이스(120)의 외형을 유지하고, 외측 열수축성 보호층(125)은 케이스(120)의 변형을 방지하며, 외측 접착층(124)은 금속층(123)과 외측 열수축성 보호층(125)의 결합력을 높인다.
한편, 외측 열수축성 보호층(125)은 케이스(120)의 가장 바깥쪽에 위치될 수 있다. 예로, 케이스(120)의 내측에서 외측방향으로 금속층(123), 외측 접착층(124) 및 외측 열수축성 보호층(125)이 순차적으로 적층된 구조를 포함하며, 이에 케이스(120)에 수용되는 전극조립체(110)와 외측 열수축성 보호층(125)의 접촉에 의해 발생할 수 있는 문제를 사전에 방지하고, 보다 안정적으로 케이스(120)를 수축시킬 수 있다.
여기서 외측 열수축성 보호층(125)은 케이스(120)의 제조 후 케이스(120)의 가장 바깥쪽에 부착될 수도 있고, 케이스(120) 제조시 케이스(120)의 바깥쪽에 위치하면서 일체화될 수도 있다. 이에 제작의 편의성과 용이성을 높일 수 있다.
한편, 외측 열수축성 보호층(125)은 케이스(120)의 가장 안쪽에 위치될 수 있다. 예로, 케이스(120)의 내측에서 외측방향으로 외측 열수축성 보호층(125), 외측 접착층(124) 및 금속층(123)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다.
한편, 외측 열수축성 보호층(125)은 앞서 설명한 열수축성 보호층(130)과 동일한 소재로 마련될 수 있다. 이에 중복되는 설명을 생략한다.
한편, 케이스(120)는 내면에 실링층(121)과 내측 접착층(122)이 더 적층될 수 있다. 즉, 케이스(120)는 내측에서 외측으로 감김에 따라 실링층(121), 내측 접착층(122), 금속층(123), 외측 접착층(124) 및 외측 열수축성 보호층(125)이 순차적으로 적층되는 구조로 형성될 수 있다. 여기서 실링층(121)은 케이스(120)의 실링성을 높이고, 내측 접착층(122)은 실링층(121)과 금속층(123)의 결합력을 높일 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지는 열수축성 보호층(130)과 외측 열수축성 보호층(125)을 포함함으로써 전극조립체(110)의 스웰링을 효과적으로 억제할 수 있고, 전극조립체(110) 및 이차전지의 변형을 방지할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 전극조립체
120: 케이스
121: 실링층
122: 내측 접착층
123: 금속층
124: 외측 접착층
125: 외측 열수축성 보호층
130: 열수축성 보호층

Claims (21)

  1. 전극조립체; 및
    상기 전극조립체의 외면에 구비되고, 열에 의해 수축되는 열수축성 보호층을 포함하고,
    상기 열수축성 보호층이 구비된 상기 전극조립체가 수용되는 케이스를 더 포함하며,
    상기 케이스는 열에 의해 수축되는 외측 열수축성 보호층을 포함하고,
    상기 케이스는 금속층, 외측 접착층 및 외측 열수축성 보호층이 순차적으로 적층된 구조를 포함하고,
    상기 열수축성 보호층은 상기 전극 조립체의 길이 방향으로 하나 이상 감겨지고,
    상기 열수축성 보호층은 이축연신 필름(biaxial oriented film)으로 마련되고,
    상기 열수축성 보호층은 상기 전극 조립체의 길이 방향에 위치한, 상기 전극 조립체의 전후상하면 일부를 감싸도록 구비되되, 상기 열수축성 보호층 중 적어도 일부는 상기 전극 조립체의 길이 방향에 위치한, 상기 전극 조립체의 전후상하면의 중앙을 통과하도록 구비되는 이차전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 열수축성 보호층은 열수축성 보호테이프로 마련되는 이차전지.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 열수축성 보호층은 절연성 소재로 마련되는 이차전지.
  11. 삭제
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 열수축성 보호층은 나이론(Nylon), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에스테르(Polyester), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리에틸렌프탈레이트(Polyethylene phthalate) 및 폴리스티렌(Polystyrene) 중 어느 하나로 마련되는 이차전지.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 열수축성 보호층은 열경화성이 없는 소재로 마련되는 이차전지.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측 열수축성 보호층은 열경화성이 없는 소재로 마련되는 이차전지.
  20. 삭제
  21. 삭제
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