KR102246995B1 - 외부 지지체가 장착된 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차 전지 - Google Patents

외부 지지체가 장착된 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체의 탭이 배치될 수 있는 제1면 및 제2면과 연결되는 면 중 3개의 면을 둘러싸며, 상기 제1면과 제2면의 전극 조립체의 두께 방향 모서리를 감싸는 연장부를 포함하고, 전해액을 담지할 수 있는 홀이 형성된, 외부 지지체;를 포함함으로써, 전극 조립체의 분리막과 파우치의 실링(sealing)면의 간섭을 방지하여 절연 불량을 감소시키고, 전지의 형상변형에 의한 내부 쇼트(internal short)현상을 방지하며, 외부 지지체의 홀이 전해액을 저장할 수 있도록 하여 전지의 내구성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.

Description

외부 지지체가 장착된 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차 전지{LITHIUM SECONDARY BATTERY HAVING ELECTRODE-ASSEMBLY WITH EXTERNAL SUPPORTER}
본 발명은 외부 지지체가 장착된 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능하고 가벼우면서도 에너지 밀도 및 출력 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 기존 내연 기관 자동차의 대기오염 및 온실가스 문제를 해결하기 위한 대체 방안으로 하이브리드 전기 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV), 배터리 전기 자동차(BEV), 전기 자동차(EV) 등이 제시되고 있는데, 리튬 이차 전지는 이러한 내연기관 대체 자동차의 동력원으로서도 주목받고 있다.
리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 리튬 이온 전지와 리튬 폴리머 전지로 분류되며, 전극 조립체가 수용되는 외장재(30)의 형상에 따라 원통형, 각형 또는 파우치형으로 분류된다. 통상적으로, 이차전지에 채용되는 전극 조립체는 양극판, 분리막, 음극판을 적층하고 이를 권취한 젤리-롤 형태를 가진다.
한편, 최근에는 이러한 리튬 이차 전지의 수명을 늘이는 것에 대한 요구가 강할 뿐만 아니라, 장시간 고온에 노출되더라도 전지의 성능이 유지될 수 있도록 하는 기술 및 파우치형 전지에 있어 전극 조립체의 분리막과 파우치 실링(sealing)부의 간섭에 따른 절연 불량 문제 해결에 대한 필요성이 점차 높아지고 있다.
한국공개특허 제2014-0004003호는 이차 전지의 낙하 시에 케이스의 하부와 전극 어셈블리 사이의 공간으로 전극들이 유동하여 양극과 음극 사이에 단락이 발생하는 것을 방지하는 기술에 대해 개시하고 있으나, 상기와 같은 문제에 대한 대안을 제시하지 못하고 있다.
한국공개특허 제2014-0004003호
본 발명은 전극 조립체의 분리막과 파우치의 실링(sealing)면의 간섭을 방지함으로써 절연 불량을 감소시킬 수 있는 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전지 내 내압이 증가하여 전극 조립체가 팽창하는 경우 전지의 형상변형에 의한 내부 쇼트(internal short)현상을 방지할 수 있는 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 외부 지지체의 홀이 전해액을 저장할 수 있도록 하여, 전지의 신뢰성(수명 및 고온 내구성)을 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전해액이 다량 주액된 경우에도 전지의 강성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제조과정 중 전극 조립체의 운반 및 취급이 용이하고, 최종 전지의 크기를 일정하게 유지할 수 있는 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체의 탭이 배치될 수 있는 제1면 및 제2면과 연결되는 면 중 3개의 면을 둘러싸며, 상기 제1면과 제2면의 전극 조립체의 두께 방향 모서리를 감싸는 연장부를 포함하고, 전해액을 담지할 수 있는 홀이 형성된, 외부 지지체;를 포함하는, 리튬 이차 전지.
2. 위 1에 있어서, 상기 제1면 및 제2면과 연결되며 상기 외부 지지체가 둘러싸지 않는 전극 조립체의 일면은 집전체 평면과 대향하는 2개면 중 하나인, 리튬 이차 전지.
3. 위 1에 있어서, 상기 홀은 상기 외부 지지체의 두께 방향으로 관통하도록 형성되는, 리튬 이차 전지.
4. 위 1에 있어서, 상기 외부 지지체는 수지, 금속 및 세라믹으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하여 이루어지는, 리튬 이차 전지.
5. 위 1에 있어서, 상기 연장부는 상기 모서리를 감싸도록 일정 곡률을 갖는, 리튬 이차 전지.
6. 위 1에 있어서, 상기 제1면 및 제2면과 연결되며 상기 외부 지지체가 둘러싸지 않는 전극 조립체의 일면의 길이 방향 모서리를 감싸는 제2 연장부를 더 포함하는, 리튬 이차 전지.
7. 위 1에 있어서, 상기 홀은 원형 형상 또는 다각 형상으로 형성되는, 리튬 이차 전지.
8. 위 1에 있어서, 상기 홀은 육각 형상으로 형성되는, 리튬 이차 전지.
9. 위 1에 있어서, 상기 홀은, 상기 외부 지지체의 50% 이상을 점유하도록 형성되는, 리튬 이차 전지.
10. 위 1에 있어서, 상기 외부 지지체의 상기 전극 조립체 측의 면은 상기 전극 조립체와 이격되는, 리튬 이차 전지.
11. 위 10에 있어서, 상기 외부 지지체의 상기 전극 조립체 측의 면과 상기 전극 조립체의 사이에는, 상기 외부 지지체와 상기 전극 조립체의 간격을 유지하기 위한 스페이서가 마련되는, 리튬 이차 전지.
12. 위 10에 있어서, 상기 외부 지지체의 상기 전극 조립체 측의 면과 상기 전극 조립체의 사이에는 전해액이 담지될 수 있는, 리튬 이차 전지.
13. 위 1에 있어서, 상기 외부 지지체의 상기 전극 조립체 측의 면은, 상기 전극 조립체의 측면의 형상에 대응하도록 형성되는, 리튬 이차 전지.
14. 위 1에 있어서, 상기 외부 지지체는, 2 mm 이하의 두께를 갖도록 형성되는, 리튬 이차 전지.
15. 위 1에 있어서, 상기 외부 지지체는, 양단 및 상기 양단과 연결된 1개면이 개방된 박스 형상을 갖도록 형성되어, 상기 개방된 양단과 연결된 1개면을 통해 상기 전극 조립체가 삽입됨으로써 상기 전극 조립체의 측면 중 3개면을 감싸게 되는, 리튬 이차 전지.
본 발명은 전극 조립체의 분리막과 파우치의 실링(sealing)면의 간섭을 방지함으로써 절연 불량을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 전지 내 내압이 증가하여 전극 조립체가 팽창하는 경우 전지의 형상변형에 의한 내부 쇼트(internal short)현상을 방지할 수 있다.
본 발명은 외부 지지체의 홀이 전해액을 저장할 수 있도록 하여, 전지의 신뢰성(수명 및 고온 내구성)을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 전지에 전해액이 다량 주액된 경우에도 전지의 강성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 제조과정 중 전극 조립체의 운반 및 취급이 용이하고, 최종 전지의 크기를 일정하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체와 외부 지지체가 조립된 형태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 외부 지지체의 사시도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연장부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제2 연장부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체의 탭이 배치될 수 있는 제1면 및 제2면과 연결되는 면 중 3개의 면을 둘러싸며, 상기 제1면과 제2면의 전극 조립체의 두께 방향 모서리를 감싸는 연장부를 포함하고, 전해액을 담지할 수 있는 홀이 형성된 외부 지지체;를 포함함으로써, 전극 조립체의 분리막과 파우치의 실링(sealing)면의 간섭을 방지하여 절연 불량을 감소시키고, 전지의 형상변형에 의한 내부 쇼트(internal short)현상을 방지하며, 외부 지지체의 홀이 전해액을 저장할 수 있도록 하여 전지의 내구성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
<전극 조립체>
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지는 전극 조립체(10)를 포함한다. 전극 조립체(10)는 애노드(미도시), 캐소드(미도시), 분리막(미도시)가 층으로 형성된 상태에서 형성되어 젤리-롤(jelly-roll)의 형태를 가질 수 있다. 전극 조립체(10)의 일측(즉, 제1면) 또는 양측(즉, 제1면 및 제2면)에는 애노드 단자(12) 및 캐소드 단자(14)가 마련될 수 있다.
리튬 이차 전지는, 전극 조립체(10) 내부의 애노드와 캐소드 사이에서 리튬 이온이 이동하기 위한 매개체 역할을 하는 전해액을 포함한다. 전해액은 염, 용매, 및 첨가제로 이루어져 있으며, 염은 리튬 이온이 지나갈 수 있는 통로 역할을 하며, 용매는 염을 용해시키기 위해 사용되는 유기 액체이다. 또한, 첨가제는 일정 목적을 위해 첨가되는 물질이다.
여기서, 리튬 이차 전지의 사용에 따라 전지가 충방전이 반복될수록 전해액은 점차 소모되게 된다. 나아가, 리튬 이차 전지가 고온에 노출되는 경우에도 전해액이 화학적 부반응에 의해 소모되어 점차 감소되게 된다. 이러한 전해액의 감소는 리튬 이차 전지의 수명 및 안전성에 악영향을 주게 되는 바, 리튬 이차 전지의 내부에 주입되는 전해액 주액량은 리튬 이차 전지의 신뢰성에 영향을 주게 된다. 따라서, 전해액이 리튬 이차 전지 내에 많이 주입될수록, 즉 전해액 주액량이 증가할수록 리튬 이차 전지의 장기 신뢰성은 향상된다.
<외부 지지체>
본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지는 상기와 같은 이유로 전해액 주액량의 증가를 위해 외부 지지체(20)를 포함하며 그 형태는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같다. 도 2는 전극 조립체(10)와 전극 조립체(10)가 외부 지지체(20)에 조립된 형태를 외부 케이스(20) 측에서 바라본 모습을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 전극 조립체(10)와 전극 조립체(10)가 외부 지지체(20)에 조립된 형태를 전극 조립체(10)측에서 바라본 모습을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 4는 외부 지지체(20)의 개략적인 사시도이다.
상기 외부 지지체(20)는 전극 조립체의(10)의 탭이 배치될 수 있는 제1면 및 제2면과 연결되는 면 중 3개의 면을 둘러싸며, 상기 제1면과 제2면의 전극 조립체(10)의 두께 방향 모서리를 감싸는 연장부(25)를 포함하고, 전해액을 담지할 수 있는 홀(22)을 포함한다.
전술한 바와 같이, 전극 조립체(10)는 애노드, 캐소드 및 분리막이 다수의 층으로 접히면서 적층되거나 권취되어 형성되므로, 애노드 단자(12) 및 캐소드 단자(14)는 분리막에 의해 감싸지지 않는 부분에만 형성이 가능하다. 예를 들어 전극 조립체가 직육면체 구조와 유사한 형태를 갖는다면, 애노드 단자(12) 및 캐소드 단자(14)는 직육면체의 제1면 또는 제1면과 제1면과 대향하는 제2면에 형성될 수 있다. 따라서, 제1면 및 제2면에 연결되는 면은 직육면체의 전극 조립체에서 4개면이 있게 되는데, 본 발명의 외부 지지체(20)는 상기 4개면 중 3개의 면을 둘러싸는 형태를 갖는다.
한편, 종래에는 전극 조립체를 파우치에 넣는 공정 중 전극 조립체의 분리막과 파우치의 실링면이 서로 간섭되어 절연 불량이 발생하는 문제가 있었다. 이에 본 발명은 외부 지지체(20)를 포함함으로써 상기와 같은 문제를 해결하여 전극 조립체(10)의 분리막과 파우치의 실링(sealing)면의 간섭을 방지함으로써 절연 불량을 감소시킬 수 있다.
또한, 전지가 과충전되거나 열에 노출되는 경우와 같이 전지의 내압 증가 시, 전극 조립체(10)의 탭이 배치될 수 있는 면에서 전지의 내부 쇼트(internal short)현상이 발생하는 문제가 있었다. 본 발명의 일 구현예에 따라 상기 제1면 및 제2면과 연결되며 상기 외부 지지체(20)가 둘러싸지 않는 전극 조립체(10)의 일면이 집전체 평면과 대향하는 2개면 중 하나인 경우, 전지의 내압 증가 시 부피 팽창에 의한 형상 변형에 의한 전극 조립체(10)의 물리적 손상을 완화할 수 있어 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다.
상기 외부 지지체(20)는 전극 조립체의(10)의 탭이 배치될 수 있는 제1면 및 제2면과 연결되는 면 중 1개 면이 개방되는 구조로 되어 있는데, 이는 전해액의 통로를 확보하고 리튬 이차 전지의 부피를 감소시키기 위해서이다.
본 발명에 따른 외부 지지체(20)는 전극 조립체(10)를 내부에 위치시킬 수 있는 형상으로 형성될 수 있고, 그 형태를 유지할 수 있는 강도를 갖는 수지, 금속 및 세라믹으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 재료로 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 수지는 폴리프로필렌 또는 폴리프로필렌에 비해 녹는점이 높은 수지인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 외부 지지체(20)를 다르게 설명하면, 박스 형상으로 형성될 수 있는데, 외부 지지체(20)는 양단 및 상기 양단과 연결된 1개면이 개방된 박스 형상을 갖도록 형성되어, 상기 개방된 양단과 연결된 1개면을 통해 상기 전극 조립체(10)가 삽입됨으로써 상기 전극 조립체(10)의 측면 중 3개면을 감쌀 수 있다.
또한, 외부 지지체(20)는 상기 제1면과 제2면의 전극 조립체(10)의 두께 방향 모서리를 감싸는 연장부(25)를 포함한다. 파우치의 실링 시에 간섭이 가장 많이 발생하는 곳이 전극 조립체의 제1면과 제2면의 두께 방향 모서리 부분인데, 연장부(25)를 구비함으로써 이러한 간섭을 방지할 수 있다. 상기 연장부(25)는 전극 조립체의 상기 두께 방향 모서리 부분을 보호하는 형태라면 특별히 제한되지 않지만, 도 5에 도시된 바와 같이, 직각 형태(a), 또는 일정 곡률을 갖는 형태(b)일 수 있다.
본 발명에 따른 외부 지지체(20)는 전극 조립체(10)의 탭이 배치될 수 있는 제1면 및 제2면과 연결되며 상기 외부 지지체(20)가 둘러싸지 않는 전극 조립체의 일면의 길이 방향 모서리를 감싸는 제2 연장부(26)를 더 포함하는 형태일 수 있으며, 이 경우의 외부 지지체(20) 구조는 도 6과 같다. 상기 제2 연장부(26)를 더 포함하는 경우 전극 조립체(10)의 모서리를 효과적으로 보호할 수 있으며 삽입된 전극 조립체(10)가 외부 지지체(20)로부터 쉽게 분리되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 외부 지지체(20)는 도 1에 도시된 전극 조립체(10)의 상기 제1면 및 제2면과 연결된 면 중 3개면을 감쌀 수 있도록 형성되며, 홀(22)을 포함한다.
홀(22)은 리튬 이차 전지 내에 전해액이 주입될 때, 전해액을 담지하는 역할을 한다. 즉, 전극 조립체(10) 내에 전해액이 함침 되는 것 외에도 외부 지지체(20)의 홀(22)은 전해액을 담지하고 있을 수 있다. 구체적으로, 리튬 이차 전지의 외형을 형성하는 외장재(30)(미도시)와 전극 조립체(10)의 사이에 외부 지지체(20)가 위치하고, 전해액이 주입될 때 외부 지지체(20)가 점유하고 있는 영역에도 전해액이 주입될 수 있도록 함으로써, 전해액 주입이 완료된 때에는 외부 지지체(20)의 홀(22)에 전해액이 담지된 상태로 될 수 있다. 이러한 외부 지지체(20)에 의한 전해액의 담지는, 결국 리튬 이차 전지 내의 전해액 주액량을 증가시키게 되며, 이로써, 리튬 이차 전지의 장기 신뢰성(수명 및 고온 내구성)은 향상되게 된다.
한편, 이러한 외부 지지체(20)의 홀(22)은 외부 지지체(20)를 두께 방향으로 관통하도록 형성될 수 있다. 즉, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 측면을 감싸고 있는 외부 지지체(20)에 형성되는 홀(22)은, 외부 지지체(20)를 관통하여(도 2의 지면에 수직인 방향으로 관통), 일단이 개방되어 전극 조립체(10)와 대면하고, 타단이 외부 지지체(20)의 외측으로 개방된 형태일 수 있다.
한편, 외부 지지체(20)에 형성되는 홀(22)은 원형 또는 다각 형상으로 형성될 수 있으며 구체적으로는 원형 형상, 사각 형상, 또는 육각 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 홀(22)은 동일한 형상이 외부 지지체(20)에 반복되어 형성될 수도 있고 서로 다른 형상이 혼합되어 형성될 수도 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 홀(22)은, 원형 형상의 홀(22)이 반복되어 형성될 수도 있고, 도면으로 도시하지는 않았으나 사각 형상의 홀(22) 및 육각 형상의 홀(22)이 반복되어 형성될 수도 있다. 나아가, 육각 형상의 홀(22)이 반복되어 형성되어, 외부 지지체(20)의 외형이 벌집과 같은 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 외부 지지체(20)가 벌집과 같은 형상으로 형성됨으로써, 외부 지지체(20)의 구조적인 안정성은 더욱 향상될 수 있다.
또한, 상기 홀(22)은 외부 지지체(20)의 50% 이상을 점유할 수 있다. 외부 지지체(20)는 리튬 이차 전지에 전해액을 담지하도록 구비되는 것인 바, 외부 지지체(20)에서 실제 전해액을 담지하고 있는 부분인 홀(22)은 50% 이상 점유되도록 할 수 있다. 홀(22)의 점유 면적이 50% 미만으로 되면, 외부 지지체(20)의 담지 기능이 저하되게 된다. 한편, 홀(22)이 외부 지지체(20)에서 점유하는 면적의 상한은, 외부 지지체(20)의 재질이나 이에 따른 구조적 형상 유지가 가능하도록 하는 범위 내에서 정해질 수 있다.
외부 지지체(20)는 전극 조립체(10)와 밀착될 수도 있고, 이격될 수도 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지는, 외부 지지체(20)의 전극 조립체(10) 측의 면이 전극 조립체(10)와 밀착되어, 전해액이 외부 지지체(20)의 홀(22)에서 담지될 수 있도록 형성될 수 있다.
나아가, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지는, 외부 지지체(20)의 전극 조립체(10) 측의 면이 전극 조립체(10)와 이격되어, 전해액이 외부 지지체(20)의 홀(22)뿐만 아니라, 외부 지지체(20)의 전극 조립체(10) 측의 면과 전극 조립체(10)의 사이에도 전해액이 담지될 수 있도록 형성될 수 있다. 이 경우, 외부 지지체(20)는 외장재(30)(30)의 내측면에 밀착되어 고정될 수도 있으며, 리튬 이차 전지의 바텀 플레이트(bottom plate)에 의해 고정될 수도 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)와 외부 지지체(20)의 간격을 유지하여 전해액이 더욱 담지 될 수 있도록 함과 동시에 전극 조립체(10)와 외부 지지체(20)의 안정적인 이격을 위하여, 스페이서(40)가 전극 조립체(10)와 외부 지지체(20)의 사이에 구비될 수도 있다. 즉, 스페이서(40)는 일단이 전극 조립체(10)와 접촉되고, 타단이 외부 지지체(20)와 접촉하여 전극 조립체(10)와 외부 지지체(20)의 사이 간격을 확보할 수 있다. 이로써, 외부 지지체(20)와 전극 조립체(10) 사이에 담지되는 전해액의 량을 안정적으로 확보할 수 있다.
여기서, 외부 지지체(20)의 전극 조립체(10) 측의 면이 전극 조립체(10)의 측면의 형상에 대응하도록 형성됨으로써, 외부 지지체(20)가 전극 조립체(10)에 밀착되는 경우에는 밀착력을 향상시킬 수 있다. 더불어, 외부 지지체(20)가 전극 조립체(10)와 이격되는 경우에는 외부 지지체(20)와 전극 조립체(10)의 이격된 사이에 담지되는 전해액 량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 외부 지지체(20)와 전극 조립체(10)의 간격의 예측이 가능하여 전해액 주액 량의 예측 가능성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지에 있어서, 외부 지지체(20)의 두께는 2mm 이하로 형성될 수 있다. 외부 지지체(20)의 두께가 2mm를 초과하여 형성되는 경우에는, 리튬 이차 전지의 두께가 지나치게 두꺼워질 수 있다. 한편, 외부 지지체(20)의 두께의 하한은 외부 지지체(20)의 재질 및 그에 따른 구조적 외형 유지가 가능하도록 하기 위한 두께로 선택될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지에 있어서, 외부 지지체(20)는, 양단 및 상기 양단과 연결된 1개면이 개방된 박스 형상을 갖도록 형성되어, 상기 개방된 양단과 연결된 1개면을 통해 상기 전극 조립체(10)가 삽입됨으로써 상기 전극 조립체의 측면 중 3개면을 감싸게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지는 상술한 외부 지지체(20)를 포함함으로써, 전극 조립체(10)의 분리막과 파우치의 실링(sealing)면의 간섭을 방지하여 절연 불량을 감소시킬 수 있다. 또한, 리튬 이차 전지에 주입될 수 있는 전해액 주액량을 증가시킴으로써 리튬 이차 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 리튬 이차 전지의 수명을 늘일 수 있음과 더불어 고온 내구성을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 리튬 이차 전지 내에 수지, 금속, 세라믹 중 어느 하나의 재료로 형성되는 외부 지지체(20)를 구비함으로써, 리튬 이차 전지의 신뢰성 및 내구성을 향상시킬 수 있음과 더불어 구조적인 안정성을 확보할 수 있게 된다. 즉, 전해액의 주액량이 증가하더라도, 외부 지지체(20)가 전극 조립체(10)의 외관을 보호하여 전지의 외부 강성을 향상시킬 수 있다. 나아가, 과충전 및 핫-박스(hot-box)와 같이 전지의 내압이 증가하여 팽창하더라도 전지의 형상 변형에 의한 전극 조립체(10)의 물리적 손상을 완화할 수 있으며, 이로써 내부 쇼트(internal short)를 차단할 수 있게 된다.
예를 들어, 이러한 효과는 외장재(30)가 파우치 형인 리튬 이차 전지의 경우 더욱 발휘된다. 즉, 파우치 형 리튬 이차 전지의 경우, 전극 조립체(10)를 성형된 파우치에 삽입하고 파우치 내부에 전해액을 주액한 후, 내부 상태를 진공(음압) 상태로 제조하게 된다. 이 때, 일정 이상의 전해액을 주액한 후 진공 상태를 만들 경우, 전극 조립체(10) 내로 흡수되지 않은 전해액이 파우치 외부로 토출될 수 있다. 또한, 전해액이 다량 주액된다고 하더라도 파우치 내부의 진공도가 낮아지는 경우 리튬 이차 전지의 외부 강성이 저하되어 리튬 이차 전지의 안정성이 문제되게 된다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 경우, 외부 지지체(20)가 리튬 이차 전지의 외부 강성을 유지시켜 주므로 이러한 문제점이 발생하지 않게 된다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
10: 전극 조립체
12: 애노드 단자
14: 캐소드 단자
20: 외부 지지체
22: 홀
25: 연장부
26: 제2 연장부
30: 외장재
40: 스페이서

Claims (15)

  1. 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체의 탭이 배치될 수 있고 서로 전극 조립체의 양 단부 면들인 제1면 및 제2면과 연결되는 면들 중 3개의 면 만을 둘러싸며, 집전체 평면과 대향하는 2개면 중 한 면을 둘러싸며, 상기 제1면 및 상기 제2면을 둘러싸지 않고, 상기 제1면과 제2면의 전극 조립체의 두께 방향 모서리를 감싸는 연장부를 포함하고, 전해액을 담지할 수 있는 홀이 형성된, 외부 지지체;
    를 포함하는, 리튬 이차 전지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1면 및 제2면과 연결되며 상기 외부 지지체가 둘러싸지 않는 전극 조립체의 일면은 집전체 평면과 대향하는 2개면 중 하나인, 리튬 이차 전지.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 홀은 상기 외부 지지체의 두께 방향으로 관통하도록 형성되는, 리튬 이차 전지.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 지지체는 수지, 금속 및 세라믹으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하여 이루어지는, 리튬 이차 전지.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 연장부는 상기 모서리를 감싸도록 일정 곡률을 갖는, 리튬 이차 전지.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1면 및 제2면과 연결되며 상기 외부 지지체가 둘러싸지 않는 전극 조립체의 일면의 길이 방향 모서리를 감싸는 제2 연장부를 더 포함하는, 리튬 이차 전지.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 홀은 원형 형상 또는 다각 형상으로 형성되는, 리튬 이차 전지.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 홀은 육각 형상으로 형성되는, 리튬 이차 전지.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 홀은, 상기 외부 지지체의 50% 이상을 점유하도록 형성되는, 리튬 이차 전지.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 지지체의 상기 전극 조립체 측의 면은 상기 전극 조립체와 이격되는, 리튬 이차 전지.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 외부 지지체의 상기 전극 조립체 측의 면과 상기 전극 조립체의 사이에는, 상기 외부 지지체와 상기 전극 조립체의 간격을 유지하기 위한 스페이서가 마련되는, 리튬 이차 전지.
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 외부 지지체의 상기 전극 조립체 측의 면과 상기 전극 조립체의 사이에는 전해액이 담지될 수 있는, 리튬 이차 전지.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 지지체의 상기 전극 조립체 측의 면은, 상기 전극 조립체의 측면의 형상에 대응하도록 형성되는, 리튬 이차 전지.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 지지체는, 2 mm 이하의 두께를 갖도록 형성되는, 리튬 이차 전지.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 지지체는, 양단 및 상기 양단과 연결된 1개면이 개방된 박스 형상을 갖도록 형성되어, 상기 개방된 양단과 연결된 1개면을 통해 상기 전극 조립체가 삽입됨으로써 상기 전극 조립체의 측면 중 3개면을 감싸게 되는, 리튬 이차 전지.
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