KR102372652B1 - 압전소자를 내장하는 원통형 이차전지 - Google Patents

압전소자를 내장하는 원통형 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR102372652B1
KR102372652B1 KR1020180155850A KR20180155850A KR102372652B1 KR 102372652 B1 KR102372652 B1 KR 102372652B1 KR 1020180155850 A KR1020180155850 A KR 1020180155850A KR 20180155850 A KR20180155850 A KR 20180155850A KR 102372652 B1 KR102372652 B1 KR 102372652B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
jelly
electrode assembly
piezoelectric element
type electrode
secondary battery
Prior art date
Application number
KR1020180155850A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190067114A (ko
Inventor
정민기
성주환
박한솔
조민수
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to US16/618,558 priority Critical patent/US11362377B2/en
Priority to PCT/KR2018/015434 priority patent/WO2019112343A1/ko
Priority to JP2019566875A priority patent/JP7069499B2/ja
Publication of KR20190067114A publication Critical patent/KR20190067114A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102372652B1 publication Critical patent/KR102372652B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431Cells with wound or folded electrodes
    • H01L41/187
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0422Cells or battery with cylindrical casing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/186Vibration harvesters
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/506Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a cylindrical shape and having stacking in the radial direction, e.g. coaxial or spiral type rolls
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853Ceramic compositions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/30Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

본 발명은 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 권취된 구조의 젤리-롤형 전극조립체; 상기 젤리-롤형 전극조립체를 수용하기 위한 원통형 전지케이스; 및 상기 젤리-롤형 전극조립체의 충방전에 따른 부피 팽창에 의해 전기에너지를 생성하는 압전소자를 포함하는 원통형 이차전지에 대한 것이다.

Description

압전소자를 내장하는 원통형 이차전지 {Cylindrical Secondary Battery Having Piezoelectric Element}
본 출원은 2017년 12월 6일자 한국 특허 출원 제 2017-0166659 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 압전소자를 내장하는 원통형 이차전지에 대한 것으로서, 구체적으로, 젤리-롤형 전극조립체를 내장한 원통형 전지케이스에 있어서 상기 젤리-롤형 전극조립체의 충방전에 따른 부피 팽창에 의해 전기 에너지를 생성하는 압전소자를 포함하는 원통형 이차전지에 대한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지는 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다.
일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
상기 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 및 소정 크기의 다수의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있기 때문에 고용량의 이차전지의 적용이 필요한 분야에서 널리 사용되고 있다.
즉, 고에너지 밀도 및 고용량의 전지에 대한 요구에 따라 상기 젤리-롤형 전극조립체를 원통형 전지케이스에 수납한 원통형 전지가 사용되고 있다. 상기 원통형 전지는 파우치형 전지에 비해 상대적으로 강성이 높은 금속 소재의 캔을 전지케이스로 사용하기 때문에 전지 내부의 공간을 확대하기 어렵다. 이와 같이, 공간 활용 측면이 높지 못한 상황에서, 에너지 효율이 높은 소재를 개발하지 않는 이상, 원통형 전지의 에너지 밀도를 높이고 에너지 효율을 향상시키기 어려운 문제가 있다.
특허문헌 1은 파우치형 전지로서, 압전소자층이 구비된 전지케이스 및 전압 저장부가 구비된 보호회로모듈을 포함하고, 상기 압전소자층은 흡수된 진동을 전압으로 변환시켜서 전압 저장부에 저장하여 필요시 자가충전이 가능한 이차전지를 개시하고 있다.
그러나, 상기 이차전지는 파우치형 전지인 점에서 전지의 종류에 차이가 있고 압전소자층에서 발생된 전기를 저장하기 위하여 전압 저장부라는 별도의 부재를 더 포함하는 점에서, 공간활용성이 낮은 문제가 있다.
특허문헌 2는 배터리 셀의 스웰링 현상에 따라 발생되는 압력을 이용하여 전력을 생산하는 압전소자 및 상기 압전소자와 연결되어 충전 전력을 공급 받는 캐패시터를 포함하는 캐패시터 충전 시스템을 개시하고 있는 바, 상기 압전소자는 배터리셀 사이 또는 배터리셀과 모듈 케이스 사이에 위치하는 점에서, 원통형 전지의 내부에 적용이 어렵다.
이와 같이, 중량당 에너지 밀도가 높은 원통형 전지를 이용하는 경우, 전지의 크기를 증가시키지 않고, 별도의 저장 공간을 필요로 하지 않으면서, 전지의 자가 충전이 가능한 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제1261705호 대한민국 등록특허공보 제1708456호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 원통형 이차전지가 자가발전 할 수 있도록, 젤리-롤형 전극조립체의 충방전에 따른 부피 팽창에 의해 전기에너지를 생성하는 압전소자를 포함하는 바, 원통형 이차전지에 수납된 젤리-롤형 전극조립체의 충전에 의해 발생하는 전기 이외에 전기에너지의 추가 생산이 가능한 고에너지 밀도를 갖는 원통형 이차전지를 제공할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통형 이차전지는,
긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 권취된 구조의 젤리-롤형 전극조립체;
상기 젤리-롤형 전극조립체를 수용하기 위한 원통형 전지케이스; 및
상기 젤리-롤형 전극조립체의 충방전에 따른 부피 팽창에 의해 전기에너지를 생성하는 압전소자를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
즉 본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 반복적인 충전 및 방전이 가능한 젤리-롤형 전극조립체를 사용하는 바, 상기 전극조립체의 충전에 의해 전기에너지를 얻을 수 있다. 그러나, 고용량 및 고에너지 밀도의 전지가 필요한 수요에 따라, 원통형 이차전지의 에너지 밀도를 향상시키기 위한 다양한 노력이 진행되고 있으나, 에너지 효율이 높은 소재를 개발하기 위해서는 오랜 시간이 필요한 문제가 있다.
이에, 본 발명은, 원통형 이차전지 내부에 압전소자를 포함하고, 상기 압전소자는 충전 및 방전 과정에서 팽창 및 수축이 반복적으로 일어나는 젤리-롤형 전극조립체의 부피 변화에 의해 에너지를 생성하는 바, 이차전지의 사용 과정에서 자가발전이 가능한 장점이 있다.
상기 압전소자는, 물리적인 힘이나 진동이 인가되면 양전하와 음전하의 균형이 무너지면서 전위차가 발생하는 결과 전기가 생산되는 물질로서, 상기 젤리-롤형 전극조립체가 팽창하여 상기 압전소자에 압력이 인가되면 전기에너지가 발생된다.
이와 같이, 본 발명은 젤리-롤형 전극조립체의 충전에 의해 발생하는 전기 이외에 압전소자를 이용한 추가적인 전기에너지의 발생이 가능한 바, 원통형 이차전지의 전체적인 크기를 증가하지 않으면서, 고에너지 밀도를 갖는 이차전지를 제공할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 압전소자는 원통형 이차전지의 전체적인 부피 증가를 야기하지 않도록 부가되며, 젤리-롤형 전극조립체의 부피 팽창에 의해 전기에너지의 생성이 가능한 위치를 고려할 때, 전지케이스의 내측에 부가되는 것이 바람직하며, 예를 들어, 상기 젤리-롤형 전극조립체와 상기 원통형 전지케이스 사이에 압전소자가 위치할 수 있다.
이와 같이, 충전 및 방전 과정에서 반복적으로 팽창 및 수축이 일어나는 젤리-롤형 전극조립체와 접하거나, 인접한 위치에 압전소자가 위치하는 경우에는, 압전소자에 대한 압력 인가의 정확성이 높아지고, 상대적으로 넓은 면적에 압전소자가 부가될 수 있는 바, 압전소자에 의해 생성되는 전기에너지의 양을 증가시킬 수 있다.
상기 압전소자의 부가 면적 및 위치는 선택적으로 적용이 가능한 바, 예를 들어, 상기 압전소자는 상기 젤리-롤형 전극조립체의 풀림을 방지하기 위한 테이프에 부가될 수 있다. 상기의 위치에 압전소자가 부가되는 경우에는 젤리-롤형 전극조립체가 팽창 및 수축을 반복함에 따라 권취된 상태가 느슨해지는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 압전소자에 의한 추가적인 전기에너지의 생산도 가능한 장점이 있다.
또한, 상기 압전소자는 상기 원통형 전지케이스의 내측면에 부착될 수 있는 바, 전지케이스의 내측면 전체에 부착될 수 있으며, 또는 전지케이스의 원통형 측면 부분에만 부착될 수 있다.
상기 압전소자는 전지케이스의 대향면에는 접착층이 형성된 테이프 형태로 부가될 수 있고, 또는 스프레이 분사법에 의해 부가될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 원통형 전지케이스는 사이에 중공이 형성되는 외부 케이스 및 내부 케이스로 이루어지고, 상기 중공에는 압전소자가 위치하는 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 원통형 전지케이스의 원통형 측면부 및 하면을 포함한 전지케이스 전체 부분이 외부 케이스 및 내부 케이스로 이루어지는 구조일 수 있다.
한편, 젤리-롤형 전극조립체의 팽창 방향이 권취 중심축을 기준으로 원심력 방향인 점을 고려할 때, 상기 원통형 전지케이스는, 원통형의 측면은 외부 케이스 및 내부 케이스의 이중 구조로 이루어지고, 하면은 단일 구조로 이루어짐으로써, 압전소자가 원통형의 측면에만 부가되는 구조일 수 있다.
상기 압전소자는 천연 압전 물질, 인공 압전 결정, 무연 압전 세라믹스 및 인공 압전 세라믹스로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
구체적으로, 상기 천연 압전 물질은 베르리나이트(AlPO4), 자당, 석영, 로셸염, 황옥, 전기석, 명주, 에나멜 또는 상아질일 수 있고, 상기 인공 압전 결정은 인산화갈륨(GaPO4) 또는 랑가사이트(La3Ga5SiO14)일 수 있으며, 상기 무연 압전 세라믹스는 NaKNb, 산화철화 비스무스(BiFeO3), 산화나이오븀화 나트륨(NaNbO3), Bi4Ti3O12 또는 Na0.5Bi0.5TiO3일 수 있다.
상기 인공 압전 세라믹스는 산화타니타늄화 바륨(BaTiO3), 산화타이타늄화 납(NbTiO3), 산화나이오븀화 칼륨(KNbO3), 산화나이오븀화 리튬(LiNbO3), 산화탄탈륨화 리튬(LiTaO3), 산화텅스텐화 나트륨(Na2WO), 산화 아연(ZnO3), Ba2NaNb5O5, Pb2KNb5O15일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 압전소자에 의해 생성된 전기에너지는 상기 젤리-롤형 전극조립체에 저장될 수 있는 바, 상기 압전소자에 의해 생성된 전기에너지를 저장하기 위한 별도의 부재를 포함하지 않기 때문에, 단위 부피 당 에너지 밀도가 높은 원통형 이차전지를 제공할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 원통형 이차전지를 포함하는 전지팩을 제공할 수 있다.
구체적으로, 상기 전지팩은 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 이러한 디바이스의 상세한 예로는, 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device), 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 젤리-롤형 전극조립체의 충방전에 따른 부피 팽창에 의해 전기에너지를 생성하는 압전소자가 상기 젤리-롤형 전극조립체 또는 전지케이스에 부가된 구조인 바, 원통형 이차전지의 충전에 따른 전지에너지 이외에 추가적으로 자가 발전이 가능하여 에너지 밀도가 현저히 향상된 이차전지를 제공한다.
본원 발명에 따른 압전소자는 전극조립체의 충방전을 억제하는 효과가 있어, 충방전에 따른 전극조립체의 변형을 방지하는 효과가 있다.
또한, 상기 압전소자를 이용한 자가발전에 의해 발생한 전기에너지를 상기 젤리-롤형 전극조립체에 저장하기 때문에, 별도의 저장 공간을 필요로 하지 않는 바, 저장 공간을 별도로 필요로 하는 경우에 원통형 이차전지의 부피가 증가됨에 따라 단위 부피 당 에너지 밀도가 낮아지는 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 2는 하나의 실시예에 따른 원통형 전지케이스의 수직 단면도이다.
도 3은 다른 하나의 실시예에 따른 원통형 전지케이스의 수직 단면도이다.
도 4는 하나의 실시예에 다른 젤리-롤형 전극조립체의 사시도이다.
도 5는 다른 하나의 실시예에 다른 젤리-롤형 전극조립체의 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 원통형 이차전지(100)는 바닥이 있고 상부는 개방된 원통형 구조로 이루어진 단일층(101) 구조의 전지케이스(101)와 전지케이스(101)의 내부에 수납된 전극조립체(120) 사이에 압전소자(110)가 포함된 구조로 이루어져 있다. 압전소자(110)는 전지케이스(101)의 하면과 전극조립체(120) 사이에도 개제되어 있으나, 전지케이스(101)의 측면부와 전극조립체(120)의 측면부 사이에만 개재되는 구조로 이루어질 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 기타 원통형 이차전지를 구성하는 내부 소자들의 도시는 생략하였다.
도 2 및 도 3은 서로 다른 실시예에 따른 원통형 전지케이스의 수직 단면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전지케이스(200, 300)는 바닥이 있고 상부는 개방된 원통형 구조로 이루어진 이중 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(200)는 외부 케이스(201) 및 내부 케이스(202)로 구성되고, 외부 케이스(201) 및 내부 케이스(202) 사이에는 중공이 형성되어 있으며, 상기 중공에는 압전소자(210)가 개재되어 있다. 전지케이스(200)는 측면 및 하면(205) 전체가 외부 케이스(201) 및 내부 케이스(202)로 구성된다.
전지케이스(300)는 외부 케이스(301) 및 내부 케이스(302)로 구성되고, 외부 케이스(301) 및 내부 케이스(302) 사이에는 중공이 형성되어 있으며, 상기 중공에는 압전소자(310)가 개재되어 있다. 전지케이스(300)의 측면은 외부 케이스(301) 및 내부 케이스(302)로 구성되나, 하면(305)은 단일층으로 이루어져 있다.
도 4는 하나의 실시예에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 사시도를 도시하고, 도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 사시도를 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 젤리-롤형 전극조립체(420)는 시트 형태의 전극이 권취된 외면 전체에 압전소자(410)가 부가되어 있는 상태로 도시되어 있다. 이와 같이, 압전소자(410)는 젤리-롤형 전극조립체의 외면을 360도로 둘러싸는 구조로 부가될 수 있으며, 또는, 젤리-롤형 전극조립체의 외면을 360도로 둘러싸지만 권취 축 방향의 길이가 젤리-롤형 전극조립체의 길이보다 짧게 형성될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 젤리-롤형 전극조립체(520)는 권취 말단에서 전극조립체의 풀림을 방지할 수 있도록 부착된 테이프에 압전소자(510)가 부가된 상태를 도시하고 있다. 이와 같은 경우에는, 압전소자의 양을 늘리기 위하여, 도 1의 전지케이스(100)와 같이 내측면에 압전소자가 부착된 전지케이스에 젤리-롤형 전극조립체를 수납하는 것이 바람직하다.
도 1, 2, 3과 같은 형태의 압전소자의 경우, 외부케이스(101, 201, 301)는 통상적으로 음극에 해당하므로 압전소자의 (-) 극은 외부케이스(101, 201, 301)에 직접 연결될 수 있다. 압전소자의 (+) 극은 캔형 전지의 탑 캡의 (+)에 연결되거나, 전극조립체의 (+) 전극탭에 병렬로 연결될 수 있다.
도 4 또는 도 5와 같은 형태의 압전소자의 경우, 압전소자의 (+) 극과 (-) 극은 각각 젤리-롤형 전극조립체(420, 520)의 양극 및 음극 전극탭에 병렬로 직접 연결될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명은 젤리-롤형 전극조립체 및/또는 전지케이스 내부에 압전소자가 포함된 구조의 원통형 이차전지인 바, 상기 이차전지의 충방전 과정에서 상기 젤리-롤형 전극조립체가 팽창될 때 상기 압전소자에 압력을 인가함으로써, 전위차가 발생됨에 따라 전기에너지를 생산할 수 있다.
또한, 상기 젤리롤형 전극조립체의 팽창 및 수축이 반복적으로 이루어지기 때문에, 반복적으로 상기 압전소자에 압력이 인가될 수 있는 바, 압전소자에 의한 전기에너지의 생산도 이차전지의 충방전 사이클과 함께 반복적으로 이루어질 수 있다.
이하에서는, 본원 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본원 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
도 2와 같이 전지케이스의 하면은 단일층으로 이루어지고, 측면은 내부에 중공이 형성된 외부 케이스 및 내부 케이스의 구조로 이루어지며, 상기 중공에는 압전소자가 개재된 형태의 원통형 이차전지를 제조하였다.
상기 원통형 이차전지는 18650 타입인 바, 외경이 18㎜, 높이가 65㎜이고, 상부에 있는 캡 어셈블리의 높이를 제외하고 압전소자가 개재된 전지케이스의 측면 높이는 60㎜이다.
전지케이스의 두께는 0.15㎜이며, 외부 케이스, 내부 케이스 및 중공의 두께는 각각 0.05㎜, 0.05㎜, 0.05㎜일 때, 압전소자가 개재된 부분의 부피는 다음과 같이 계산될 수 있다.
V=3.14 x 18㎜ x 0.05㎜ x 60㎜ x 1㎤ / 1000㎣ = 0.16956㎤
압전소자의 경우 압력에 따른 에너지 밀도는 통상적으로 250㎼/㎤이므로, 상기 전지케이스의 경우, 250㎼/㎤ x 0.16956㎤ = 42.39㎼ = 0.4239㎽의 에너지를 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 원통형 이차전지를 사용하는 경우, 이차전지의 전기적인 충전에 의해 발생하는 에너지 이외에, 전극조립체의 물리적인 부피 팽창에 따른 전기에너지의 생산이 가능한 바, 전지셀의 크기를 증가시키지 않으면서 에너지 밀도가 향상된 원통형 이차전지를 제공할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100 : 원통형 이차전지
101, 200, 300 : 전지케이스
110, 210, 310, 410, 510 : 압전소자
120, 420, 520 : 전극조립체
201, 301 : 외부 케이스
202, 302 : 내부 케이스
205, 305 : 전지케이스의 하면

Claims (13)

  1. 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 권취된 구조의 젤리-롤형 전극조립체;
    상기 젤리-롤형 전극조립체를 수용하기 위한 원통형 전지케이스; 및
    상기 젤리-롤형 전극조립체의 충방전에 따른 부피 팽창에 의해 전기에너지를 생성하는 압전소자;
    를 포함하고,
    상기 압전소자의 (+)극은 젤리-롤형 전극조립체의 양극에 결합하고, 상기 압전소자의 (-)극은 젤리-롤형 전극조립체의 음극에 연결되며,
    상기 젤리-롤형 전극조립체와 상기 원통형 전지케이스 사이에 압전소자가 위치하며,
    상기 압전소자는 상기 젤리-롤형 전극조립체의 풀림을 방지하기 위한 테이프에 부가되어 있는 원통형 이차전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 권취된 구조의 젤리-롤형 전극조립체;
    상기 젤리-롤형 전극조립체를 수용하기 위한 원통형 전지케이스; 및
    상기 젤리-롤형 전극조립체의 충방전에 따른 부피 팽창에 의해 전기에너지를 생성하는 압전소자;
    를 포함하고,
    상기 압전소자의 (+)극은 젤리-롤형 전극조립체의 양극에 결합하고, 상기 압전소자의 (-)극은 젤리-롤형 전극조립체의 음극에 연결되며,
    상기 원통형 전지케이스는 사이에 중공이 형성되는 외부 케이스 및 내부 케이스로 이루어지고,
    상기 중공에는 압전소자가 위치하는 원통형 이차전지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 원통형 전지케이스는, 원통형의 측면은 외부 케이스 및 내부 케이스의 이중 구조로 이루어지고, 하면은 단일 구조로 이루어진 원통형 이차전지.
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 압전소자는 천연 압전 물질, 인공 압전 결정, 무연 압전 세라믹스 및 인공 압전 세라믹스로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 원통형 이차전지.
  8. 제7항에 있어서, 천연 압전 물질은 베르리나이트(AlPO4), 자당, 석영, 로셸염, 황옥, 전기석, 명주, 에나멜 또는 상아질인 원통형 이차전지.
  9. 제7항에 있어서, 상기 인공 압전 결정은 인산화갈륨(GaPO4) 또는 랑가사이트(La3Ga5SiO14)인 원통형 이차전지.
  10. 제7항에 있어서, 상기 무연 압전 세라믹스는 NaKNb, 산화철화 비스무스(BiFeO3), 산화나이오븀화 나트륨(NaNbO3), Bi4Ti3O12 또는 Na0.5Bi0.5TiO3인 원통형 이차전지.
  11. 제7항에 있어서, 상기 인공 압전 세라믹스는 산화타이타늄화 바륨(BaTiO3), 산화타이타늄화 납(NbTiO3), 산화나이오븀화 칼륨(KNbO3), 산화나이오븀화 리튬(LiNbO3), 산화탄탈륨화 리튬(LiTaO3), 산화텅스텐화 나트륨(Na2WO), 산화 아연(ZnO3), Ba2NaNb5O5, Pb2KNb5O15인 원통형 이차전지.
  12. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 압전소자에 의해 생성된 전기에너지는 상기 젤리-롤형 전극조립체에 저장되는 원통형 이차전지.
  13. 제1항 또는 제5항 중 어느 하나에 따른 원통형 이차전지를 포함하는 전지팩.
KR1020180155850A 2017-12-06 2018-12-06 압전소자를 내장하는 원통형 이차전지 KR102372652B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/618,558 US11362377B2 (en) 2017-12-06 2018-12-06 Cylindrical secondary battery having piezoelectric element disposed therein
PCT/KR2018/015434 WO2019112343A1 (ko) 2017-12-06 2018-12-06 압전 소자를 내장하는 원통형 이차전지
JP2019566875A JP7069499B2 (ja) 2017-12-06 2018-12-06 圧電素子を内蔵する円筒型二次電池

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170166659 2017-12-06
KR20170166659 2017-12-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190067114A KR20190067114A (ko) 2019-06-14
KR102372652B1 true KR102372652B1 (ko) 2022-03-10

Family

ID=66846623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180155850A KR102372652B1 (ko) 2017-12-06 2018-12-06 압전소자를 내장하는 원통형 이차전지

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11362377B2 (ko)
EP (1) EP3648220B1 (ko)
JP (1) JP7069499B2 (ko)
KR (1) KR102372652B1 (ko)
CN (1) CN110679025B (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210044114A (ko) * 2019-10-14 2021-04-22 주식회사 엘지화학 원통형 전지 및 원통형 전지 제조 방법
CN114164509B (zh) * 2021-12-16 2024-02-02 中国科学院电工研究所 一种具有紫外及近红外屏蔽性能的蚕丝纤维及其制备方法和应用
FR3143206A1 (fr) * 2022-12-08 2024-06-14 Renault Cellule électrochimique avec dispositif de détection et/ou d’émission d’ondes acoustiques
CN117727938B (zh) * 2024-02-07 2024-04-19 湖南先钠科技有限公司 一种可用于快充的钠离子电池正极材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101449746B1 (ko) * 2013-04-22 2014-10-17 한국기계연구원 압전 소자층을 포함하는 하이브리드 태양전지 및 이의 제조방법
JP2017098149A (ja) * 2015-11-26 2017-06-01 株式会社豊田自動織機 蓄電装置

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11191436A (ja) * 1997-12-26 1999-07-13 Hitachi Ltd 蓄電保護器
US6451474B1 (en) * 1998-09-11 2002-09-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Resiliently deformable battery pack
JP4104345B2 (ja) * 2002-02-21 2008-06-18 独立行政法人科学技術振興機構 積層型圧電素子
KR100889244B1 (ko) * 2005-04-20 2009-03-17 주식회사 엘지화학 압전 센서가 내장된 이차전지 모듈
KR100858214B1 (ko) 2005-06-27 2008-09-10 주식회사 엘지화학 이질적 표면을 갖는 2층 구조의 유/무기 복합 다공성분리막 및 이를 이용한 전기 화학 소자
KR100878702B1 (ko) 2005-11-30 2009-01-14 주식회사 엘지화학 이차전지용 안전장치 및 그것을 포함하는 전지팩
MX2009005421A (es) * 2006-12-18 2009-06-01 Avon Prod Inc Sistemas generadores de voltaje autonomos.
DE102008006920B4 (de) 2008-01-23 2019-02-14 Volkswagen Ag Sicherer elektrischer Speicher
KR101239622B1 (ko) * 2011-03-31 2013-03-07 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 원통형 이차전지
KR101254881B1 (ko) 2011-04-07 2013-04-15 로베르트 보쉬 게엠베하 에너지 발생부를 구비한 배터리 팩
KR101330615B1 (ko) 2011-04-26 2013-11-18 로베르트 보쉬 게엠베하 이차 전지
KR101261705B1 (ko) 2011-05-12 2013-05-06 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR101906589B1 (ko) * 2011-08-30 2018-10-11 한국전자통신연구원 압전 에너지 하베스팅/저장 장치 및 그 제조 방법
US9780291B2 (en) 2011-09-13 2017-10-03 Georgia Tech Research Corporation Self-charging energy storage system
DE102012209271A1 (de) 2012-06-01 2013-12-05 Robert Bosch Gmbh Batteriemanagementsystem für eine Batteriezelle mit drucksensitivem Foliensensor
DE102012209397A1 (de) 2012-06-04 2013-12-05 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle mit drucksensitivem Foliensensor
KR101553551B1 (ko) 2012-11-21 2015-09-16 주식회사 엘지화학 생산성이 향상된 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
CN203039044U (zh) * 2012-12-05 2013-07-03 北京嘉岳同乐极电子有限公司 自充电电池
CN203039415U (zh) * 2012-12-17 2013-07-03 北京嘉岳同乐极电子有限公司 便携式无源充电装置
US20150042211A1 (en) * 2013-08-06 2015-02-12 Hongjun Pan System and method for generating electricity by an inflated moving wheel
CN104426426A (zh) * 2013-09-09 2015-03-18 徐建宁 液压压电发电机
KR101708456B1 (ko) 2013-10-22 2017-02-20 주식회사 엘지화학 압전소자를 이용한 캐패시터 충전 시스템 및 이를 포함하는 isg 시스템
CN103647105A (zh) * 2013-12-12 2014-03-19 奇瑞汽车股份有限公司 一种动力电池
US9660470B2 (en) 2014-09-08 2017-05-23 Nokia Technologies Oy Flexible, hybrid energy generating and storage power cell
KR20160040046A (ko) 2014-10-02 2016-04-12 삼성에스디아이 주식회사 복합 음극 활물질, 상기 복합 음극 활물질을 포함하는 음극 및 상기 음극을 포함하는 리튬 이차전지
JP6582667B2 (ja) 2015-07-22 2019-10-02 日本電気株式会社 電池パック、電池装置、および電池制御方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101449746B1 (ko) * 2013-04-22 2014-10-17 한국기계연구원 압전 소자층을 포함하는 하이브리드 태양전지 및 이의 제조방법
JP2017098149A (ja) * 2015-11-26 2017-06-01 株式会社豊田自動織機 蓄電装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP7069499B2 (ja) 2022-05-18
CN110679025A (zh) 2020-01-10
US11362377B2 (en) 2022-06-14
JP2020523735A (ja) 2020-08-06
EP3648220B1 (en) 2023-02-01
EP3648220A4 (en) 2020-07-29
CN110679025B (zh) 2023-03-10
US20200091566A1 (en) 2020-03-19
KR20190067114A (ko) 2019-06-14
EP3648220A1 (en) 2020-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102372652B1 (ko) 압전소자를 내장하는 원통형 이차전지
TWI715576B (zh) 用於能量儲存裝置之縱向約束
JP6714686B2 (ja) テーピングを利用するベンティング構造の電池セル
CN112467231B (zh) 电极组件、电池单体、电池及电极组件的制造方法和设备
US20200028200A1 (en) Method for producing an electrode unit for a battery cell and electrode unit
EP3486967B1 (en) Battery cell comprising electrode lead facing outer surface of electrode assembly
KR102107000B1 (ko) 전극판에 만입부가 형성되어 있는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
JP5458898B2 (ja) 固体電池スタック
JP6491428B2 (ja) 二次電池
KR102155707B1 (ko) 전극 조립체 및 그 제조방법
KR102214538B1 (ko) 단위전지모듈 및 이를 포함하는 전지모듈
JP6661769B2 (ja) バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック、自動車
WO2006059421A1 (ja) 電気デバイス集合体
KR101517044B1 (ko) 다수의 전극조립체 수납부가 형성된 케이스를 포함하는 이차전지
CN108496270B (zh) 二次电池
KR20160148404A (ko) 이차전지 및 그 제조방법
KR102464006B1 (ko) 2개 이상의 권취형 전극조립체를 포함하는 원통형 이차전지 및 이의 제조방법
KR102086036B1 (ko) 스크류 방식에 의해 체결되는 원통형 캔을 포함하는 전지셀
KR102355109B1 (ko) 용접용 기둥을 포함하는 원통형 이차전지
KR102002511B1 (ko) 전지
US8999556B2 (en) Rechargeable battery
WO2019112343A1 (ko) 압전 소자를 내장하는 원통형 이차전지
KR100937899B1 (ko) 외부 충격에 대한 안전성을 향상시킨 전지모듈
KR102405345B1 (ko) 단위셀 및 그 제조방법
KR102448131B1 (ko) 부분적으로 증가된 두께를 가지는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right