KR102214359B1 - 이차 전지 - Google Patents

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KR102214359B1
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 케이스를 밀봉하는 캡 조립체, 전극 조립체와 중첩하는 중심부와 상기 중심부를 중심으로 상기 전극 조립체 밖으로 확장된 날개부를 가지는 고정 부재를 포함하고, 날개부의 일면은 상기 케이스의 내면에 부착되어 있다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발에 따라 에너지원으로써 이차 전지의 수요가 증가되고 있다. 이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다.
이러한, 이차 전지는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판으로 구성되는 전극조립체, 전극조립체를 수용하는 케이스를 포함한다. 전극 조립체는 권취형과 적층형으로 나눌 수 있으며, 권취형 또는 적층형 전극 조립체 모두 다수의 박막이 적층된다.
이 중, 권취형은 박판을 적층한 후 권취축을 축으로 감아 형성한 것으로, 권취된 후에도 일정한 형태를 유지하여야 한다.
그러나, 낙하 등의 이유로 이차 전지에 충격이 가해질 경우, 전극 조립체의 형태가 틀어질 수 있으며, 이로 인해서 최외각턴 내부에 단락이 발생할 수 있다. 이러한 단락은 이상 반응을 유발하고, 발열 및 가스를 생성하여 이차 전지의 성능을 악화시킬 수 있다.
따라서 본 발명은 이차 전지에 충격이 가해지더라도 전극 조립체의 유동을 최소화하여 전극 조립체의 단락 등의 현상을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 케이스를 밀봉하는 캡 조립체, 전극 조립체와 중첩하는 중심부와 상기 중심부를 중심으로 상기 전극 조립체 밖으로 확장된 날개부를 가지는 고정 부재를 포함하고, 날개부의 일면은 상기 케이스의 내면에 부착되어 있다.
상기 날개부는 전극 조립체가 케이스에 삽입되는 방향과 나란한 가상의 축을 중심으로 적어도 1회 이상 권취될 수 있다.
상기 날개부는 상기 케이스의 내면을 향해서 휘어질 수 있다.
상기 고정 부재는 전극 조립체의 마주하는 두 측벽에 각각 중첩하는 제1 부재와 제2 부재를 포함하고, 전극 조립체와 중첩하는 제1 부재의 폭은 전극 조립체와 중첩하는 제2 부재의 폭보다 좁을 수 있다.
상기 날개부의 일면은 상기 제2 부재의 일면일 수 있다.
상기 제1 부재와 상기 제2 부재는 일체로 이루어질 수 있다.
상기 고정 부재는 상기 전극 조립체의 바닥면을 감쌀 수 있다.
상기 제1 부재와 상기 제2 부재는 서로 다른 물질로 형성되어 있을 수 있다.
상기 날개부의 길이는 상기 케이스와 상기 전극 조립체 사이의 간격보다 길 수 있다.
상기 일면의 높이는 3.5mm 내지 5mm일 수 있다.
상기 고정 부재는 복수로 형성되어 있을 수 있다.
본 발명에서와 같이 접착성을 가지는 고정 부재를 이용하여, 전극 조립체를 케이스 내면에 고정시킴으로써, 전극 조립체의 유동을 최소화할 수 있다.
따라서, 외부 충격으로 인해서 전극 조립체의 유동으로 인한 단락 등의 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에서 III-III선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 이차 전지의 일부 구성을 분해 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 이차 전지의 전극 조립체, 고정 부재 및 케이스를 개략적으로 도시한 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 일부분을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따라 전극 조립체에 고정 부재를 감싸는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 전극 조립체에 고정 부재를 감싸는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 일부분을 도시한 분해 사시도이다.
도 12 및 도 13은 도 11에 도시한 이차 전지의 전극 조립체, 고정 부재 및 케이스를 개략적으로 도시한 횡단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1에서 III-III선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지(101)는 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 세퍼레이터(123)를 개재하여 귄취된 전극 조립체(120), 전극 조립체(120)와 전기적으로 연결된 집전 부재(140, 142), 상기 집전 부재(140, 142) 및 전극 조립체(120)가 내장되는 케이스(27) 및 케이스(27)의 개구에 결합된 캡 조립체(30)를 포함한다.
이차 전지(101)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.
전극 조립체(120)는 복수의 조립체(120a, 120b)를 포함할 수 있으며, 각각의 조립체(120a, 120b)는 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 세퍼레이터(123)를 개재한 상태에서 권회축을 중심으로 권취한 후, 납작하게 가압될 수 있다. 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)은 금속 포일(foil)로 형성되는 박판에 활물질이 도포된 영역인 전극 활성부(21a, 22a)와 활물질이 도포되지 않는 영역인 전극 무지부(21b, 22b)를 포함한다.
예를 들어, 제1 전극은 양극일 수 있으며, 제2 전극은 음극일 수 있다.
제1 전극 활성부(21a)는 알루미늄과 같은 금속 포일에 전이 금속 산화물 등의 활물질을 도포함으로써 형성하고, 제2 전극 활성부(22a)는 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일에 흑연 또는 탄소 등의 활물질을 도포함으로써 형성할 수 있다.
제1 전극 무지부(21b)와 제2 전극 무지부(22b)는 각각 제1 전극 활성부(21a) 및 제2 전극 활성부(22a)의 일변으로부터 캡 조립체를 향하여 나란하게 돌출되어 있다. 제1 전극 무지부(21b)와 제2 전극 무지부(22b)는 금속 포일로부터 돌출되도록 절단하여 형성하므로 각각 제1 전극 활성부(21a) 및 제2 전극 활성부(22a)의 금속 포일과 일체로 형성될 수 있다.
제1 전극 무지부(21b)와 제2 전극 무지부(22b)는 서로 다른 극성으로 거리를 두고 이격 배치된다.
또한, 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)은 권취하거나 겹쳐서 형성되므로, 제1 전극 무지부(21b) 및 제2 전극 무지부(22b)는 복수의 박막이 겹쳐져서 형성될 수 있다. 이처럼 복수의 박막이 겹쳐서 형성될 경우, 전류 이동을 용이하게 하기 위해서 초음파 용접으로 박막과 박막이 접촉하도록 연결할 수 있다.
세퍼레이터(123)는 제1 전극 활성부(21a)와 제2 전극 활성부(22a) 사이에 위치하며, 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 예를 들어 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 이들의 복합 필름으로 이루어질 수 있다.
전극 조립체(120)는 복수의 전극 조립체를 포함할 수 있으며, 이에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4 및 도 5에서는 제1 전극 조립체(120a)와 제2 전극 조립체(120b)를 포함하는 전극 조립체(120)를 예로 도시하였다.
도 4는 도 1의 이차 전지의 일부 구성을 분해 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시한 이차 전지의 전극 조립체, 고정 부재 및 케이스를 개략적으로 도시한 횡단면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 일부분을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 전극 조립체(120)에 포함된 제1 전극 조립체(120a)와 제2 전극 조립체(120b)는 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 전극 조립체(120a)와 제2 전극 조립체(120b)에서 같은 극성의 전극 무지부는 집전 부재(140, 142)에 의해서 전기적으로 연결된다. 즉, 제1 전극 조립체(120a)와 제2 전극 조립체(120b)의 제1 전극 무지부(21b)는 제1 집전 부재(140)에 의해서 전기적으로 연결되고, 제1 전극 조립체(120a)와 제2 전극 조립체(120b)의 제2 전극 무지부(22b)는 제2 집전 부재(142)에 의해서 전기적으로 연결된다.
이때, 제1 전극 조립체(120a)와 제2 전극 조립체(120b)의 제1 전극 무지부(21b)는 서로 마주보는 방향으로 절곡되고, 제1 전극 조립체(120a)와 제2 전극 조립체(120b)의 제2 전극 무지부(22b)는 서로 마주보는 방향으로 절곡되어 있다. 따라서, 각각의 전극 무지부(21b, 22b)는 전극 활성부의 금속 포일과 연결되어 캡 조립체 방향으로 돌출된 제1 무지부(21b1), 제1 무지부로부터 연장되며 집전 부재(140, 142)와 접촉하는 일면을 가지는 제2 무지부(21b2)를 가질 수 있다.
제1 집전 부재(140)의 일면(상대적으로 캡플레이트와 가까운 면)과 제2 무지부(21b2)의 일면(상대적으로 집전체와 가까운 면)이 접촉하여 전기적으로 연결되고, 제2 집전 부재(142)의 일면(상대적으로 캡플레이트와 가까운 면)과 제2 무지부(22b2)의 일면(상대적으로 집전체와 가까운 면)이 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 집전 부재(140)와 제2 집전 부재(142)는 동일한 형상을 가질 수 있다.
제1 집전 부재(140)와 제2 집전 부재(142)는 각각 제1 단자홀(4)과 퓨즈홀(77)을 가질 수 있다.
제1 단자홀(4)은 연결 단자(250)가 삽입되는 부위로, 연결 단자(250)의 횡단면과 동일한 형상, 예를 들어 원형일 수 있다. 연결 단자(250)는 캡 조립체(30, 도 2 참조) 밖의 제1 단자(50) 및 제2 단자(52)와 각각 연결되어 전류를 이동시킨다.
퓨즈홀(77)은 제1 집전 부재(140) 및 제2 집전 부재(142)의 일부분이 제거된 것으로, 퓨즈홀(77) 주위의 폭이 다른 부분의 폭보다 좁아 퓨즈가 형성된다. 퓨즈는 이차 전지의 이상 반응으로 인한 과전류가 흐를 경우 용이하게 끊어져 전류 흐름을 차단한다.
전극 조립체(120)의 하부는 고정 부재(800)로 감싸져 있으며, 권회축에 평행한 방향으로 케이스(27)에 삽입될 수 있으며, 전극 조립체(120)는 실질적으로 전해액과 함께 케이스(27)에 수납된다. 전해액은 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 디에틸 카보네이트(DEC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 디메틸 카보네이트 (DMC)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 고정 부재(800)는 전극 조립체(120)와 중첩하는 중심부(87)와 전극 조립체(120) 밖으로 연장되어 있는 날개부(88)를 포함한다.
고정 부재(800)는 전극 조립체(120)를 중심으로 양쪽에 띠 형태의 제1 부재(82)와 제2 부재(84)가 각각 부착되어 중심부(87)와 날개부(88)를 이룰 수 있다. 즉, 전극 조립체(120)와 중첩하는 제1 부재(82) 및 제2 부재(84)의 일부분(82a, 84a)은 고정 부재(800)의 중심부(87)를 이루고, 전극 조립체(120) 밖으로 연장된 제1 부재(82) 및 제2 부재(84)의 일부분(82b, 84b)은 서로 접합되어 날개부(88)를 이룬다.
제1 부재(82)와 제2 부재(84)는 각각 별개로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 일체로 형성(도 6 내지 도 9참조)될 수 있다.
제1 부재(82)와 제2 부재(84)는 PET(polyethylene terephthalate) 또는 OPS(oriented polystyrene) 등의 재질로 이루어질 수 있으며, 제1 부재(82)와 제2 부재(84)는 동일한 물질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라서 제1 부재와 제2 부재는 서로 다른 물질, 서로 다른 탄성을 가지도록 형성될 수 있다.
제1 부재(82)와 제2 부재(84)의 일면은 접착성을 가질 수 있으며, 별도의 접착 물질을 도포하여 접착층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 접착성을 가지는 일면(이하에서는 '접착면'이라 함)을 통해서 제1 부재(82)와 제2 부재(84)는 전극 조립체(120)에 부착될 수 있다.
고정 부재(800)가 전극 조립체(120)를 가로 지르는 방향을 제1 폭이라고 할 때, 고정 부재(800)의 제1 폭(D1)은 전극 조립체(120)의 제1 폭(D2)보다 크게 형성되어, 전극 조립체(120) 밖으로 연장되어 있다. 전극 조립체(120) 밖으로 연장된 제1 부재(82)와 제2 부재(84)는 전극 조립체(120)의 측벽을 감싸면서 서로 접합되어 날개부(88)를 이룬다.
제1 폭(D1, D2)과 교차하는 방향을 제 2폭이라고 할 때, 제1 부재(82)와 제2 부재(84)는 서로 다른 제2 폭(D3, D4)을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 부재(82)의 제2 폭(D3)이 제2 부재(84)의 제2 폭(D4)보다 작을 수 있다.
이처럼, 제1 부재(82)와 제2 부재(84)의 제2 폭(D3, D4)을 서로 다르게 형성하면, 날개부(88)에 위치하는 어느 한 부재의 접착면이 노출된다.
전극 조립체(120)에 부착된 상태에서, 고정 부재(800)의 제1 폭(D1)은 케이스(27)의 내부의 제3 폭(D5)보다 클 수 있다. 따라서, 케이스(27)에 전극 조립체(120)를 삽입할 때 고정 부재(800)의 날개부(88)가 케이스(27)에 걸리지 않고, 용이하게 삽입될 수 있도록 고정 부재(800)의 날개부(88)는 케이스(27)의 내면을 향해서 볼록하게 휘어질 수 있다. 고정 부재(800)의 날개부(88)의 볼록한 부분은 케이스(27)의 내면(S)과 접촉할 수 있으며, 접착면에 의해서 날개부(88)는 케이스(27) 내면에 부착될 수 있다.
이상의 실시예에서는 전극 조립체(120)의 하부에 형성된 고정 부재(800)를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 도 6에서와 같이 복수로 형성될 수 있다.
즉, 도 6에서는 띠 형태의 고정 부재(800)가 전극 조립체의 하부 및 상부와 하부 사이에 위치하도록 형성되어 있다. 이때, 하부에 위치하는 고정 부재(800)는 전극 조립체(120)의 바닥면을 감싸도록 제1 부재(82) 및 제2 부재(84)가 일체형일 수 있으며, 상부와 하부 사이에 위치하는 고정 부재(800)는 제1 부재(82) 및 제2 부재(84)가 분리될 수 있다.
본 발명의 실시예에서와 같이 고정 부재(800)로 전극 조립체(120)를 케이스(27) 내면에 부착하면 전지의 이동 또는 충격 등이 발생하더라도 전극 조립체(120)의 움직임을 최소화하여 외부 충격시 전극 조립체가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
다시, 도 1 내지 3을 참조하면, 케이스(27)는 대략 직육면체로 이루어지며, 일면에는 개방된 개구가 형성된다. 케이스(27)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속으로 이루어질 수 있다.
캡 조립체(30)는 케이스(27)의 개구를 덮는 캡 플레이트(31)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며, 제1 전극(121)과 전기적으로 연결된 제1 단자(50)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며 제2 전극(122)과 전기적으로 연결된 제2 단자(52)를 포함한다.
캡 플레이트(31)는 일방향으로 이어진 길쭉한 판 형태로 이루어지며, 케이스(27)의 개구에 결합된다. 캡 플레이트(31)는 케이스(27)와 동일한 재질로 형성될 수 있으며, 레이저 용접 방식으로 케이스(27)에 결합될 수 있다. 따라서 캡 플레이트(31)는 케이스(27)와 동일한 극성을 가질 수 있다.
캡 플레이트(31)는 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구(32) 및 연결 단자(250)가 삽입되는 제2 단자홀(5)을 가진다. 그리고 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(2)가 형성된 벤트 플레이트(39)가 벤트홀(34)에 설치되어 있다. 전해액 주입구(32)에는 밀봉 마개(38)가 설치되어 있으며, 제2 단자홀 (5)에는 연결 단자(250)가 삽입되어 있다.
제1 단자(50) 및 제2 단자(52)는 각각 연결 단자에 결합되며, 캡 플레이트(31) 위에 위치한다.
제1 단자(50)는 제1 집전부재(140)를 매개로 제1 전극(121)과 전기적으로 연결되며, 제2 단자(52)는 제2 집전부재(142)를 매개로 제2 전극(122)과 전기적으로 연결된다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 단자(50)가 제2 전극과 전기적으로 연결되고, 제2 단자(52)가 제1 전극과 전기적으로 연결될 수도 있다.
제1 단자(50)는 직사각형의 판 형상으로 이루어진다. 제1 단자(50)는 제1 단자(50)에 형성된 제3 단자홀(9)뿐 아니라, 제1 단자홀(4) 및 제2 단자 홀(5)에 삽입되어 제1 집전 부재(140)와 접합된 연결 단자(250)를 매개로 제1 전극(121)과 전기적으로 연결된다.
이때, 연결 단자(250)는 기둥 형상으로 이루어지며 상단은 제3 단자 홀(9)에 끼워진 상태에서 용접으로 제1 단자(50)에 고정된다. 또한 연결 단자(250)의 하단은 제1 단자홀(4)에 끼워진 상태로 제1 집전부재(140)에 용접으로 고정된다. 따라서 제1 전극(121)은 제1 집전부재(140) 및 연결 단자(250)를 통해서 제1 단자(50)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 단자홀(5)에는 실링 가스킷(59)이 연결 단자(250)와 캡 플레이트(31) 사이를 밀봉시킨다.
제2 단자(52)도 제1 단자(50)와 같이 제1 내지 제3 단자홀(4, 5, 9)에 삽입된 연결 단자(250)와 제2 집전 부재(142)를 통해서 제2 전극(122)과 전기적으로 연결된다.
제1 단자(50)와 캡 플레이트(31) 사이에는 연결 부재(58)가 형성되어 있고, 제2 단자(52)와 캡 플레이트(31) 사이에는 제1 절연 부재(60)가 형성되어 있다.
따라서, 케이스(27) 및 캡 플레이트(31)는 연결 부재(58)를 통해서 제1 단자(50)와 전기적으로 연결되므로, 제1 전극(121)과 같은 극성으로 대전된다. 그리고 제2 단자(52)는 제1 절연 부재(60)에 의해서 캡 플레이트(31)와 절연된다.
제2 단자(52)는 캡 플레이트(31)에 형성된 단락홀(37)을 덮도록 일방향으로 길게 연장되어 형성된다. 따라서 제1 절연 부재(60)는 제2 단자(52)를 따라서 길게 설치될 수 있으며 제2 단자(52)의 측면을 감싸도록 형성될 수 있다. 제1 절연 부재(60)는 단락홀(37)과 대응하는 절개부를 포함하며, 제2 단자(52)의 하부에는 절개부를 통해서 단락홀(37)을 향하여 돌출된 단락 돌기(3)가 형성되어 있다.
한편, 캡 플레이트(31)의 단락홀 (37)에는 단락홀 (37)의 측벽과 연결되어 있으며, 제1 전극(121)과 제2 전극(122)을 단락시키는 단락 부재(56)가 설치되어 있다.
단락 부재(56)는 전극 조립체(120)를 향해서 볼록한 호형으로 굴곡된 만곡부와 만곡부의 외측에 형성되며 단락홀(37)의 측벽에 고정된 테두리부를 포함한다.
이차 전지의 내부에서 이상 반응으로 가스가 발생하면, 이차 전지의 내부 압력이 상승한다. 이차 전지의 내부 압력이 기 설정된 압력보다 높아지면 만곡부가 제2 단자(52) 방향으로 볼록해지면서 제2 단자(52)의 단락 돌기(3)와 맞닿아 단락을 유발한다. 이처럼, 단락이 발생하면 더 이상의 전지 반응은 일어나지 않아, 내부 압력 상승으로 인한 폭발 등을 방지할 수 있다.
캡 플레이트(31)와 제1 집전 부재(140) 및 제2 집전 부재(142) 사이에는 각각 제2 절연 부재(62)가 형성되어 있고, 제1 집전 부재(140) 및 제2 집전 부재(142)와 전극 조립체(120) 사이에는 제3 절연 부재(64)가 형성되어 있다.
제2 절연 부재(62) 및 제3 절연 부재(64)는 절연뿐 아니라, 제1 집전 부재(140) 및 제2 집전 부재(142)를 지지할 수 있다.
이하에서는 전극 조립체에 고정 부재를 감싸는 방법에 대해서 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따라 전극 조립체에 고정 부재를 감싸는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 전극 조립체에 고정 부재를 감싸는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 7에 도시한 바와 같이, 시트 형태의 고정 부재(800)를 준비하고, 고정 부재(800) 위에 전극 조립체(120)를 정렬한다. 고정 부재(800)의 일면은 접착성을 가지도록 형성될 수 있으며, 전극 조립체(120)의 바닥면(102)은 접착면 위에 위치한다.
전극 조립체(120)의 바닥면의 중심선(C1)(이하, 제1 중심선이라 함)은 고정 부재(800)의 중심선(C2)(이하, 제2 중심선이라 함)으로부터 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 고정 부재(800)는 전극 조립체(120)의 바닥면을 중심으로 반대편에 위치하는 제1 부재(82)와 제2 부재(84)를 포함하고, 제1 부재(82)와 제2 부재(84)는 일체로 연결될 수 있다.
이후, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 부재(82)와 제2 부재(84)를 접어 전극 조립체(120)의 측벽에 부착한다.
전극 조립체(120)의 제1 폭(D2)은 고정 부재(800)의 제1 폭(D1)보다 작아(도 7 참조), 전극 조립체(120) 밖으로 고정 부재(800)가 돌출되며, 돌출된 부분은 전극 조립체(120)와 중첩하지 않으므로 제1 부재(82)와 제2 부재(84)의 접착면이 서로 접합되어 날개부(88)를 형성한다.
한편, 제1 중심선(C)은 제2 중심선(C2)으로부터 이격되도록 배치되어, 바닥면(102)을 중심으로 반대편에 위치하는 전극 조립체(120)의 측벽과 중첩하는 고정 부재(800)의 높이(또는 폭)(D3, D4)(도 4 참조)는 다를 수 있다.
이처럼, 측벽과 중첩하는 고정 부재의 높이 차이로 인해서, 날개부에 위치하는 제1 부재(82) 또는 제2 부재(84)의 일면, 즉 접착성을 가지는 일면이 노출될 수 있다. 상대적으로 높이가 높은 제2 부재(84)의 일면이 노출될 경우, 노출된 부분의 높이(H)는 제1 중심선(C1)과 제2 중심선(C2)의 이격된 거리(L)와 같다.
노출된 부분의 접착면에 의해서 고정 부재가 케이스 내면에 부착될 수 있도록, 노출된 부분의 높이(H)는 3.5mm 내지 5mm로 형성하는 것이 바람직하다. 3.5mm보다 작은 높이로 형성하면 접착면의 면적이 적어 고정 부재가 케이스 내면에 적절히 부착되지 않을 수 있으며, 5mm보다 크면 부착면이 넓어 작업의 용이성이 떨어진다.
이상의 실시예에서는 바닥면을 고정 부재(800)에 부착한 후 고정 부재(800)가 전극 조립체(120)를 감싸는 것을 도시하였으나, 이에 한정된 것은 아니며 도 10 에 도시한 바와 같이 제1 부재(82), 또는 제2 부재(84)를 전극 조립체(120)에 부착한 후 나머지 부재를 접어 전극 조립체(120)의 하부를 감싸도록 할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 일부분을 도시한 분해 사시도이고, 도 12 및 도 13은 도 11에 도시한 이차 전지의 전극 조립체, 고정 부재 및 케이스를 개략적으로 도시한 횡단면도이다.
도 11 내지 도 13에 도시한 이차 전지는 대부분 도 4의 이차 전지와 동일하므로 다른 부분에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체(120), 케이스(27) 및 고정 부재(800)를 포함한다.
고정 부재(800)는 중심부(87)와 날개부(88)를 포함하고, 중심부(87)는 전극 조립체(120)와 중첩하는 제1 부재(82) 및 제2 부재(84)의 일부분(82a, 84a)을 포함하고, 날개부(88)는 전극 조립체(120) 밖으로 확장된 제1 부재(82) 및 제2 부재(84)의 일부분(82b, 84b)이 서로 접합되어
제1 부재(82)와 제2 부재(84)의 폭은 서로 달라 날개부(88)에 위치하는 제2 부재(84)의 접착면은 노출될 수 있다.
한편, 고정 부재(800)의 날개부(88)는 전극 조립체(120)가 케이스(27)에 삽입되는 방향에 나란한 가상의 축(X)을 중심으로 적어도 1회 이상 권취되어 있다.
이처럼, 가상의 축(X)을 중심으로 날개부를 권취하여 두루마리(롤 형태)로 형성하면 케이스(27)의 내면에 더욱 견고하게 날개부를 부착시킬 수 있다.
구체적으로, 권취된 날개부(88)의 지름(W1)은 케이스(27)의 내면과 전극 조립체(120)의 측벽 사이의 거리(W2)보다 작게 형성하여, 케이스(27)에 전극 조립체(120)를 용이하게 삽입할 수 있다.
한편, 고정 부재(800)는 PET 또는 OPS를 포함할 수 있으며, 탄성을 가지는 물질일 수 있다. 필요에 따라서 고정 부재(800)의 제1 부재(82)와 제2 부재(84)는 서로 다른 물질, 서로 다른 탄성을 가지는 물질로 형성될 수 있다.
도 13을 참조하면, 탄성을 가지는 물질로 고정 부재(800)를 형성하면, 전극 조립체가 케이스(27)에 삽입된 후 날개부(88)는 탄성에 의해서 케이스(27)의 내면(S)을 향해서 펼쳐지고, 노출된 접착면에 의해서 케이스(27)의 내면(S)에 부착될 수 있다. 이때, 날개부(88)가 펼쳐지는 힘에 의해서 더욱 강하게 케이스의 내면(S)에 날개부(88)의 접착면이 부착될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서와 같이 날개부를 형성하여 케이스(27)의 내면에 부착시키면, 외부 충격시 전극 조립체가 움직이는 것을 감소시킬 수 있고, 날개부가 외부 충격을 흡수하는 완충 역할을 함으로써 전극 조립체에 가해지는 충격을 줄여줄 수 있다. 따라서 외부 충격으로 전극 조립체가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
3: 단락 돌기 4, 5, 9: 단자 홀
21a: 제1 전극 활성부 22a: 제1 전극 무지부
22a: 제2 전극 활성부 22b: 제2 전극 무지부
27: 케이스 30: 캡 조립체
31: 캡 플레이트 32: 주입구
34: 벤트 홀 37: 단락 홀
38: 밀봉 마개 39: 벤트 플레이트
50: 제1 단자 52: 제2 단자
56: 단락 부재 58: 연결 부재
59: 실링 가스킷 60, 62, 64: 절연 부재
82: 제1 부재 84: 제2 부재
88: 날개부 101: 이차 전지
102: 바닥면 120: 전극 조립체
121: 제1 전극 122: 제2 전극
123: 세퍼레이터 140: 제1 집전 부재
142: 제2 집전 부재 150: 연결 단자
800: 고정 부재

Claims (11)

  1. 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 조립체,
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스,
    상기 케이스를 밀봉하는 캡 조립체,
    상기 전극 조립체와 중첩하는 중심부와 상기 중심부를 중심으로 상기 전극 조립체 밖으로 확장된 날개부를 가지는 고정 부재
    를 포함하고,
    상기 고정 부재는 상기 전극 조립체의 마주하는 두 측벽에 각각 중첩하는 제1 부재와 제2 부재를 포함하고,
    상기 전극 조립체와 중첩하는 상기 제1 부재의 폭은 상기 전극 조립체와 중첩하는 상기 제2 부재의 폭보다 좁으며,
    상기 날개부의 일면은 상기 케이스의 내면에 부착되어 있는 이차 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 날개부는 상기 전극 조립체가 상기 케이스에 삽입되는 방향과 나란한 가상의 축을 중심으로 적어도 1회 이상 권취되는 이차 전지.
  3. 제1항에서,
    상기 날개부는 상기 케이스의 내면을 향해서 휘어진 이차 전지.
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 날개부의 일면은 상기 제2 부재의 일면인 이차 전지.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재는 일체로 이루어지는 이차 전지.
  7. 제6항에서,
    상기 고정 부재는 상기 전극 조립체의 바닥면을 감싸는 이차 전지.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재는 서로 다른 물질로 형성되어 있는 이차 전지.
  9. 제1항에서,
    상기 날개부의 길이는 상기 케이스와 상기 전극 조립체 사이의 간격보다 긴 이차 전지.
  10. 제1항에서,
    상기 일면의 높이는 3.5mm 내지 5mm인 이차 전지.
  11. 제1항에서,
    상기 고정 부재는 복수로 형성되어 있는 이차 전지.
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