KR102282275B1 - 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지의 안전성을 확보할 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 내부에 전극조립체와 전해액을 수용하는 캔부재, 상기 캔부재의 개구를 덮는 캔 덮개부재 및 상기 캔부재의 둘레부에 내부에 형성되는 완충부재를 포함하며, 상기 둘레부는 상기 전극조립체를 둘러싸도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전지의 안전성을 확보할 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, 이차전지 중 리튬이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양극 도전 포일과 음극 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.

대한민국등록 공개특허공보 제10-1997-0054691호에는 종래의 리튬전지의 케이스가 개시되어 있다.

이차전지는 고용량을 구현하기 위하여 전극 활물질과 전해액을 증대할 필요성이 있지만 한정된 케이스 안에 전극 활물질 및 전해액을 증대하게되면 케이스의 내부공간 부족으로 인해 내부 압력이 증가하게 된다.

이러한 이차전지는 고온 보관 또는 과충전, 외부단락 등과 같은 비정상적인 사용 조건이 되었을 시 전지 내부 전해액 분해 및 전극과 전해액의 계면반응으로 인해 가스가 발생하게 되고, 발생되는 가스에 의해 케이스 내부의 압력이 증가하여 폭발력이 증대되는 문제점이 있었다.

이차전지의 안전성 향상을 위해 가스를 배출할 수 있는 안전 벤트(vent)를 적용하여 폭발력을 낮추려는 시도를 했지만, 폭발력 증대에 의해 캔부재의 측면이 파열(side rupture)되는 문제점이 있었다.

캔부재의 측면 파열은 주위 이차전지를 연쇄 폭발하게 하여 대형 폭발로 이어질 수 있는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 측면 파열을 방지할 수 있는 이차전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 내부에 전극조립체와 전해액을 수용하는 캔부재, 상기 캔부재의 개구를 덮는 캔 덮개부재 및 상기 캔부재의 둘레부 내부에 형성되는 완충부재를 포함하며, 상기 둘레부는 상기 전극조립체를 둘러싸도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 완충부재는 상기 캔부재의 둘레부 내부에 삽입될 수 있다.

상기 캔부재의 둘레부는 가장 바깥쪽에 형성되는 외측부와 상기 캔부재의 내부를 향하는 방향으로 상기 외측부로부터 이격되어 형성되는 내측부를 포함하고, 상기 외측부와 상기 내측부 사이 이격된 틈에는 상기 완충부재가 삽입되는 삽입공간이 형성될 수 있다.

상기 삽입공간은 복수 개로 서로 격리되게 형성되고, 상기 완충부재는 상기 복수 개의 삽입공간에 각각 삽입되도록 복수 개로 형성될 수 있다.

상기 복수 개의 삽입공간은 소정의 간격을 두고 서로 이격되게 형성될 수 있다.

상기 삽입공간은 상기 캔부재의 일단부에서 타단부 방향으로 연통되도록 형성되고, 상기 캔부재의 둘레 방향으로 따라 복수 개로 배열될 수 있다.

상기 삽입공간은 상기 캔부재의 둘레 방향으로 따라 연통되도록 형성되고, 상기 캔부재의 일단부에서 타단부 방향으로 복수 개로 배열될 수 있다.

상기 복수 개의 완충부재는 서로 다른 소재로 이루어질 수 있다.

상기 복수 개의 완충부재는 바로 인접하는 완충부재와 서로 다른 소재로 형성될 수 있다.

상기 완충부재는 고무(rubber), 실리콘(silicon), 폴리머(polymer), 플라스틱 발포체, 염화비닐 발포체, 폴리에틸렌 발포체 중 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 외부의 물리적 충격을 완화하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 비정상적인 사용조건하에서 이차전지 폭발 시 측면 파열을 방지하여 안전성을 확보하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 이차전지의 변형을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1을 A-A 절개선을 따라 절개하여 내부 주요부를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 내부 주요부를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지를 도시한 정면도이다.
도 5는 도 4를 B-B 절개선을 따라 절개하여 내부 주요부를 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 아니 되며, 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 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물이 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 이차전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1을 A-A 절개선을 따라 절개하여 내부 주요부를 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 내부에 전극조립체(1)와 전해액을 수용하는 캔부재(100), 상기 캔부재(100)의 개구를 덮는 캔 덮개부재(120) 및 상기 캔부재(100)의 둘레부(111) 내부에 형성되는 완충부재(110)를 포함하며, 상기 둘레부(111)는 상기 전극조립체(1)를 둘러싸도록 형성된다.

캔부재(100)는 원형 또는 각형 리튬이온 2차 전지에서 대략 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 가볍고 부식에 대처가 용이한 알루미늄(Al)일 수 있다.

캔부재(100)는 전극 조립체(1)와 전해액의 용기가 되고, 전극 조립체(1)가 캔부재(100)의 개방된 상단, 즉 상단의 개구부를 통해 캔부재(100)에 삽입된 뒤 캔부재(100) 상단의 개구부는 캔 덮개부재(120)에 의해 봉해진다.

전극조립체(1)는 양극과 분리막 및 음극을 적층한 적층체를 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수 있다.

캔부재(100)의 둘레부(111)는 외측부(111a)와 내측부(111b)를 포함할 수 있다.

외측부(111a)는 둘레부(111)의 가장 바깥쪽에 형성되는 것으로 캔부재(100)의 외부로 노출될 수 있다.

내측부(111b)는 캔부재(100)의 내부를 향하는 방향으로 외측부(111a)로부터 이격되도록 형성될 수 있다.

그리고 외측부(111a)와 내측부(111b)의 사이 이격된 틈에는 삽입공간(111c)이 형성될 수 있다.

삽입공간(111c)은 둘레부(111)의 내부에 형성된 연통된 공간으로 완충부재(110)를 삽입하여 채워질 수 있다.

완충부재(110)는 외부의 충격이나 내부에서 발생하는 압력 등을 흡수하여 둘레부(111)의 파열을 방지할 수 있도록 고무(rubber), 실리콘(silicon), 폴리머(polymer), 플라스틱 발포체, 염화비닐 발포체, 폴리에틸렌 발포체 중 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 캔부재(100)의 둘레부(111)가 두 개의 금속 벽인 외측부(111a) 및 내측부(111b)와 충격 흡수 소재인 완충부재(110)로 형성되어 외부의 충격과 내부의 압력 등에 의해 파열되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 캔부재(100)의 둘레부(111)는 둘레부(111)의 외측 즉 외측부(111a)의 외측 표면에 상기 완충부재를 더 부착하거나 둘레부(111)의 내측 즉 내측부(111b)의 내측 표면에 상기 완충부재를 더 부착한다면 둘레부(111)를 외부의 충격과 내부의 압력 등으로부터 보호하는 기능을 더욱 강화할 수 있다.

또한, 둘레부(111)의 외측에 상기 완충부재를 더 부착하면 이차전지 표면에 고무 등의 소재를 도포하는 튜빙(tubing) 과정을 생략할 수 있다.

또한. 둘레부(111)의 내측에 상기 완충부재를 더 부착할 시에는 완충부재의 소재를 온도에 민감하지 않은 내열성 소재로 형성할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 내부 주요부를 도시한 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지는 둘레부(111)에 서로 격리되게 형성된 복수 개의 삽입공간(111c')을 포함할 수 있다.

복수 개의 삽입공간(111c')은 캔부재(100a)의 둘레 방향(R, 도 1 참고)을 따라 연통되도록 형성되고, 캔부재(100a)의 일단부(101)에서 타단부(103) 방향으로 복수 개로 배열될 수 있다.

그리고 복수 개의 삽입공간(111c')에 대응되도록 복수 개의 완충부재(110a)를 마련하여 각각의 삽입공간(111c')에 완충부재(110a)를 삽입할 수 있다.

이때 복수 개의 완충부재(110a)는 서로 다른 소재로 형성될 수 있으며, 완충부재(110a)가 삽입되는 둘레부(111)의 위치에 따라 충격 흡수력이 서로 다른 완충부재(110a)를 삽입할 수 있다.

즉, 둘레부(111)의 중간 위치(C)는 외부의 충격이나 내부의 압력에 더욱 취약할 수 있어 둘레부(111)의 중간 위치(C)에 삽입되는 완충부재(100a)는 충격 흡수력이 가장 높은 소재로 형성되고 둘레부(111)의 양측 단부로 갈수록 충격 흡수력이 비교적 약한 완충부재(100a)를 삽입하여 비용을 절감할 수 있다.

또한, 복수 개의 완충부재(110a)는 삽입공간(111c')에 삽입될 시 바로 인접하는 완충부재(111a) 끼리 서로 다른 소재로 형성할 수 있다.

즉, 충격 흡수력이 높은 소재의 완충부재(111a)와 충격 흡수력이 낮은 소재의 완충부재(111a)를 번갈아 가며 복수 개의 삽입공간(111c')에 삽입하여 충격 흡수력은 유지하면서 비용은 절감할 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지를 도시한 정면도이고, 도 5는 도 4를 B-B 절개선을 따라 절개하여 내부 주요부를 도시한 단면도이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지는 둘레부(111)에 서로 이격되게 형성된 복수 개의 삽입공간(111c")을 포함할 수 있다.

복수 개의 삽입공간(111c")은 캔부재(100b)의 일단부(101)에서 타단부(103) 방향을 따라 연통되도록 형성되고, 캔부재(100a)의 둘레 방향(R, 도 1 참고)으로 이격되게 복수 개로 배열될 수 있다.

그리고 복수 개의 삽입공간(111c")에 대응되도록 복수 개의 완충부재(110b)를 마련하여 각각의 삽입공간(111c")에 완충부재(110b)를 삽입할 수 있다.

이때 복수 개의 완충부재(110b)는 서로 다른 소재로 형성될 수 있으며, 완충부재(110b)가 삽입되는 둘레부(111)의 위치에 따라 충격 흡수력이 다른 완충부재(110a)를 삽입할 수 있다.

즉, 둘레부(111)에서 외부의 충격에 노출 위험성이 큰 부분이나 내부의 압력에 더욱 취약할 수 있는 부분에 삽입되는 완충부재(100b)는 충격 흡수력이 가장 높은 소재로 형성되고, 둘레부(111)에서 상대적으로 외부의 충격이나 내부의 압력에 노출 위험성이 적은 부분에 충격 흡수력이 비교적 약한 완충부재(100b)를 삽입하여 비용을 절감할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 외부의 물리적 충격을 완화하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 비정상적인 사용조건하에서 이차전지 폭발 시 측면 파열을 방지하여 안전성을 확보하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 이차전지의 변형을 방지하는 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 실시가 가능하다.

1: 전극조립체
100: 캔부재
101: 일단부
103: 타단부
110: 완충부재
111: 둘레부
111a: 외측부
111b: 내측부
111c: 삽입공간
120: 캔 덮개부재
R: 둘레방향

Claims (10)

1. 내부에 전극조립체와 전해액을 수용하는 캔부재(100);
   상기 캔부재(100)의 개구를 덮는 캔 덮개부재(120); 및
   상기 캔부재(100)의 둘레부(111) 내부에 형성되는 완충부재(110); 를 포함하며,
   상기 둘레부(111)는 상기 전극조립체를 둘러싸도록 형성되고,
   상기 완충부재(110)는 상기 캔부재(100)의 둘레부(111) 내부에 삽입되며,
   상기 캔부재(100)의 둘레부(111)는,
   가장 바깥쪽에 형성되는 외측부(111a)와
   상기 캔부재(100)의 내부를 향하는 방향으로 상기 외측부(111a)로부터 이격되어 형성되는 내측부(111b)를 포함하고,
   상기 외측부(111a)와 상기 내측부(111b) 사이 이격된 틈에는 상기 완충부재(110)가 삽입되는 삽입공간(111c)이 형성되며,
   상기 완충부재(110)는 고무(rubber), 실리콘(silicon), 폴리머(polymer), 플라스틱 발포체, 염화비닐 발포체, 폴리에틸렌 발포체 중 선택된 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 삽입공간(111c)은 복수 개로 서로 격리되게 형성되고, 상기 완충부재(110)는 상기 복수 개의 삽입공간(111c)에 각각 삽입되도록 복수 개로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 복수 개의 삽입공간(111c)은 소정의 간격을 두고 서로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 삽입공간(111c)은 상기 캔부재(100)의 일단부(101)에서 타단부(103) 방향으로 연통되도록 형성되고, 상기 캔부재(100)의 둘레 방향(R)으로 따라 복수 개로 배열되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 삽입공간(111c)은 상기 캔부재(100)의 둘레 방향(R)을 따라 연통되도록 형성되고, 상기 캔부재(100)의 일단부(101)에서 타단부(103) 방향으로 복수 개로 배열되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
8. 청구항 4에 있어서,
   상기 복수 개의 완충부재(110)는 서로 다른 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
9. 청구항 4에 있어서,
   상기 복수 개의 완충부재(110)는 바로 인접하는 완충부재(110)와 서로 다른 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
10. 삭제

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