KR102420876B1 - 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 귄취된 젤리롤; 및 상기 젤리롤의 양단부에 결합되고 전해액을 젤리롤로 침투시키기 위해 형성되는 다수의 침투구와, 외각에서 중심을 향해 방사상으로 다수의 함몰홈이 형성된 내부집전판;을 포함하여 이루어지되, 상기 내부집전판의 상부면 중앙영역에는 외부집전판과 결합되는 돌출부가 더 형성되고, 상기 함몰홈은 돌출부의 간섭을 피해 젤리롤 중심부의 수직선상까지 연장 형성되도록 상기 돌출부를 부분적으로 침범하고, 상기 돌출부는 침범된 함몰홈과 젤리롤의 중심부가 상통되도록 다수의 게이트홀이 더 형성되고, 상기 젤리롤의 내부로 충전되는 전해액은 내부집전판의 외각테두리와, 침투구는 물론, 상기 게이트홀을 통해 젤리롤의 중심부까지 빠르게 침투되어 이차전지의 생산 수율을 높일 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지용 젤리롤 집전판 조립체{Jelly roll and current collector plate assembly for secondary cell}

본 발명은 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부집전판에 젤리롤의 중심부에 삽입된 보빈과 상통되는 게이트홀을 형성함으로써, 젤리롤의 중심부까지 전해액을 빠른 시간에 침투시켜 이차전지의 생산 수율을 향상시킬 수 있도록 한 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 모바일 기기, 전기자동차, 에너지저장장치 등에 대한 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.

그러한 이차전지 중 높은 방전전압과 에너지밀도를 가지는 리튬이차전지에 대한 많은 연구개발이 이루어지고 상용화되어 다양한 기기에 적용되어 사용되고 있다.

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 젤리롤이 원통형 또는 각형의 금속 케이스에 내장되어 있는 원통형 전지 또는 각형 전지와, 젤리롤 또는 적층 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.

일반적인 원통형 이차전지는 케이스와, 상기 케이스에 수용되는 젤리롤과, 상기 젤리롤의 양단에 일체로 결합되는 내부집전판과, 상기 케이스의 양단에 결합되어 케이스를 밀봉하는 외부집전판으로 구성된다.

이러한 이차전지는 전해액을 2가지 방식으로 충전하여 제조되는데, 젤리롤을 전해액에 함침시킨 상태에서 제조되는 제1방식과, 외부집전판에 형성되는 전해액 주입구를 통해 전해액을 주입하는 제2방식으로 제조된다.

특히 제1방식의 이차전지는 전해액을 주입시킬 때 젤리롤의 중심부는 내부집전판에 의해 갇힌(폐쇄)형태가 때문에 전해액 침투 시간이 많이 소요되고, 이에 따른 이차전지의 생산 수율이 떨어지는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1712449호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제1목적은, 내부집전판에 젤리롤의 중심부에 삽입된 보빈과 상통되는 게이트홀을 형성함으로써, 젤리롤의 중심부까지 전해액을 빠른 시간에 침투시켜 이차전지의 생산 수율을 향상시킬 수 있도록 한 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체를 제공하는데 있다.

더 나아가 본 발명의 제2목적은, 젤리롤의 내부로 충전되는 전해액이 내부집전판의 외각테두리와, 침투구는 물론, 상기 게이트홀을 통해 젤리롤의 중심부까지 빠르게 침투될 수 있도록 한 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 제 1발명은, 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 귄취된 젤리롤; 및 상기 젤리롤의 양단부에 결합되고 전해액을 젤리롤로 침투시키기 위해 형성되는 다수의 침투구와, 외각에서 중심을 향해 방사상으로 다수의 함몰홈이 형성된 내부집전판;을 포함하여 이루어지되, 상기 내부집전판의 상부면 중앙영역에는 외부집전판과 결합되는 돌출부가 더 형성되고, 상기 함몰홈은 돌출부의 간섭을 피해 젤리롤 중심부의 수직선상까지 연장 형성되도록 상기 돌출부를 부분적으로 침범하고, 상기 돌출부는 침범된 함몰홈과 젤리롤의 중심부가 상통되도록 다수의 게이트홀이 더 형성되고, 상기 젤리롤의 내부로 충전되는 전해액은 내부집전판의 외각테두리와, 침투구는 물론, 상기 게이트홀을 통해 젤리롤의 중심부까지 빠르게 침투되어 이차전지의 생산 수율을 높일 수 있도록 이루어지며, 상기 젤리롤의 중심부에는 젤리롤 방향으로 전해액을 공급할 수 있도록 다수의 통공이 형성된 보빈이 더 결합되고, 상기 내부집전판의 저면 중심에는 보빈에 삽입되는 삽입봉을 더 포함하되, 상기 삽입봉에는 상기 각 게이트홀과 수직방향으로 연통되는 다수의 가이드홈이 더 형성되어 전해액이 보빈의 내부로 빠르게 침투될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

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제3발명은, 제1발명에서, 상기 게이트홀 및 상기 삽입봉의 각 가이드홈에는 전해액이 모세관 현상에 의해 빠르게 침투되도록 돌출된 돌기라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

제4발명은, 제1발명에서, 상기 함몰홈는 전해액이 게이트홀로 빠르게 침투되도록 경사진 형태인 것을 특징으로 한다.

제5발명은, 제1발명에서, 상기 함몰홈은 전해액이 내부집전판의 외각테두리와 게이트홀로 빠르게 침투되도록 "Λ" 형태로 경사진 형태인 것을 특징으로 한다.

제6발명은, 제1발명에서, 상기 보빈의 내주면에는 나선홈이 더 형성되고, 상기 통공은 하향 경사진 형태인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체에 따르면, 내부집전판에 젤리롤의 중심부에 삽입된 보빈과 상통되는 게이트홀을 형성함으로써, 젤리롤의 중심부까지 전해액을 빠른 시간에 침투시켜 이차전지의 생산 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 젤리롤의 내부로 충전되는 전해액이 내부집전판의 외각테두리와, 침투구는 물론, 상기 게이트홀을 통해 젤리롤의 중심부까지 빠르게 침투되는 효과가 있다.

또한 모세관 현상과, 와류를 이용하여 젤리롤 전체로 보다 빠르게 전해액을 함침시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체가 적용된 이차전지의 사시도 및 분해사시도,
도 2는 도 1의 단면도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체 사시도,
도 4는 도 3의 단면도,
도 5는 도 4의 분해사시도
도 6은 도 3에서 발췌된 내부집전판의 사시도,
도 7은 도 6의 내부집전판을 나타내는 단면도,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 내부집전판을 나타내는 사시도,
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 함몰홈을 나타내는 단면도,
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 보빈을 나타내는 단면도이다.

이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에는 본 발명에 따른 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체에 관하여 첨부된 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체가 적용된 이차전지의 사시도 및 분해사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용된 이차전지(二次電池)(400)는 케이스(200)와, 상기 케이스(200)에 수용되는 젤리롤 집전판 조립체(100)와, 상기 케이스(200)의 일단에 결합되어 케이스(200)를 밀봉하는 외부집전판(300)으로 구성된다.

여기서 상기 케이스(200)는 타단에 외부집전판(300)이 일체로 결합된 상태로, 내부로 젤리롤 집전판 조립체(100)를 삽입시키고, 개방된 일단에 외부집전판(300)을 억지끼움으로 결합시켜 케이스(200)를 밀봉시킨다.

이러한 본 발명이 적용된 이차전지(400)는 외부집전판(300)에 형성되는 전해액 주입구(310)를 통해 전해액을 주입하는 방식으로 제조되는 것으로, 젤리롤(120)을 전해액에 함침시킨 상태에서 제조되는 방식에 비해 이물질의 유입과 수분 유입을 방지하여 보다 고품질의 이차전지를 제조할 수 있는 방식이다.

하지만 전해액 주입시켜 제조되는 이차전지(400)는 전해액을 주입시킬 때 젤리롤(120)의 중심부는 내부집전판(110)에 의해 갇힌(폐쇄)형태가 때문에 전해액 침투 시간이 많이 소요되고, 이에 따른 이차전지의 생산 수율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술된 문제점을 감안하여, 젤리롤(120)의 중심부까지 전해액을 빠른 시간에 침투시켜 이차전지의 생산 수율을 보다 향상시킬 수 있도록 한 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체에 관한 것이다.

[실시예1]

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체 사시도이고, 도 4는 도 3의 단면도이고, 도 5는 도 4의 분해사시도이고, 도 6은 도 3에서 발췌된 내부집전판의 사시도이고, 도 7은 도 6의 내부집전판을 나타내는 단면도이다.

도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 제1실시예는 젤리롤(120)의 중심부까지 전해액을 빠른 시간에 침투시켜 이차전지의 생산 수율을 향상시킬 수 있도록 한 한 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체(100)에 관한 것이다.

이러한 본 발명이 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체(100)는 크게 2부분을 이루어지는데, 이는 귄취된 젤리롤(120)과, 상기 젤리롤(120)의 양단부에 결합되고 전해액을 공급하기 위해 형성되는 다수의 침투구(111)와 외각에서 중심을 향해 방사상으로 다수의 함몰홈(112)이 형성된 내부집전판(110)를 포함하여 이루어진다.

여기서 상기 내부집전판(110)의 상부면 중앙영역에는 외부집전판(300)과 억지 끼움으로 결합되는 돌출부(113)가 더 형성된다.(도 2에 도시)

그리고 상기 함몰홈(112)은 두께가 상대적으로 얇게 이루어지는 부분으로, 레이져 또는 전기용접을 통해 젤리롤(120)의 무지부(120a)와 융착되어 통전될 수 있도록 기능한다.

또한 본 발명에서의 함몰홈(112)은 전해액 주입구(310)를 통해 주입되는 전해액을 젤리롤(120)의 중심부까지 유도하기 위한 통로 역할을 하는 부가적인 기능을 겸한다.

이러한 상기 함몰홈(112)은 도 3 및 도 6과 같이, 돌출부(113)의 간섭을 피해 젤리롤(120) 중심부의 수직선상까지 연장 형성되도록 상기 돌출부(113)를 부분적으로 침범하는 구조이다.

이 때 상기 돌출부(113)는 침범된 함몰홈(112)과 젤리롤(120)의 중심부가 상통되도록 다수의 게이트홀(113a)이 더 형성된다.

이러한 상기 각 게이트홀(113a)은 도 3, 도 6 및 도 7와 같이,함몰홈(112)의 끝단과 상통되게 1:1 대응하는 것으로, 상기 각 함몰홈(112)을 따라 유도되는 전해액이 게이트홀(113a)을 통해 젤리롤(120)의 중심부로 공급될 수 있도록 기능한다.

따라서 상기 젤리롤(120)의 내부로 충전되는 전해액은 내부집전판(110)의 외각테두리와, 침투구(111)는 물론, 상기 게이트홀(113a)을 통해 젤리롤(120)의 중심부까지 빠르게 침투되어 이차전지의 생산 수율을 높일 수 있도록 이루어진다.

한편 도 4 및 도 5와 같이, 상기 젤리롤(120)의 중심부에는 보빈(121)이 더 결합되고, 상기 내부집전판(110)은 저면 중심에 보빈(121)에 삽입되는 삽입봉(114)이 더 형성되는 구조이다.

이 때 상기 삽입봉(114)에는 상기 각 게이트홀(113a)과 수직방향으로 연통되는 다수의 가이드홈(114a)이 더 형성된다.

이러한 상기 각 가이드홈(114a)은 보빈에 삽입되는 삽입봉(114)의 간섭을 피해 침투공간을 확보하여 전해액을 보빈(121)의 내부로 유도할 수 있는 소위 통로를 형성할 수 있다.

따라서 상기 각 게이트홀(113a)을 통해 유입된 전해액은 삽입봉(114)을 형성된 가이드홈(114a)을 따라 보빈(121)의 내부로 빠르게 침투될 수 있는 구조를 마련할 수 있게 된다.

여기서 상기 삽입봉(114)은 보빈(121)에 삽입되기 때문에 이는 결과적으로 내부집전판(110)과 젤리롤(120)의 결합력을 증대시키는 부가적인 기능을 겸할 수 있다.

아울러 상기 보빈(121)에는 길이방향을 따라 다수의 통공(121a)이 더 형성되어 보빈의 내부로 유입된 전해액이 젤리롤(120)의 내부로 빠르게 충전될 수 있도록 이루어진다.

[실시예2]

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 내부집전판을 나타내는 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 함몰홈을 나타내는 단면도이고, 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 보빈을 나타내는 단면도이다.

제2실시예는 제1실시예를 포함하며, 다만 전해액이 모세관 현상에 의해 빠르게 침투되도록 상기 게이트홀(113a) 및 상기 삽입봉(114)의 각 가이드홈(114a)에는 돌출된 돌기라인(113ab,114ab)이 더 형성되는 구조이다.

이러한 상기 각 돌기라인(113ab,114ab)은 도 8과 같이, 전해액이 함몰홈(112)을 통해 게이트홀(113a)로 유도되면, 게이트홀(113a)에 돌출된 돌기라인과, 삽입봉(114)의 각 가이드홈(114a)에 형성된 돌기라인(113ab,114ab)과 접촉되면 모세관 현상에 의해 보다 빠르게 보빈의 내부로 침투될 수 있도록 기능한다.

또한 도 9의 (a)와 같이, 제2실시예의 상기 함몰홈(112)은 전해액이 자중에 의해 게이트홀(113a)로 빠르게 침투되도록 경사진 형태로 이루어질 수 있다.

또한 다른 실시예로 도 9의 (b)와 같이, 상기 함몰홈(112)은 전해액이 자중에 의해 내부집전판(110)의 외각과 게이트홀(113a)로 빠르게 침투되도록 "Λ" 형태로 경사진 형태로 이루어질 수 있다.

또한 제2실시예의 도 10의 (a)와 같이, 보빈(121)은 내주면을 따라 나선홈(121b)이 더 형성되어 구성될 수 있다.

이러한 구조는 게이트홀(113a)과 가이드홈(114a)을 거쳐 보빈(121)의 내부로 유입된 전해액에 나선와류를 형성시켜 맥동현상 없이 보다 빠르게 전해액을 유입시킬 수 있는 구조이다.

또한 제2실시예의 통공(121a)은 도 10의 (b)와 같이, 하향 경사진 형태로, 자중 및 나선와류에 의해 젤리롤(120)의 내부로 전해액이 보다 빠르게 침투되게 구성할 수 있다.

본 발명의 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체는 다른 실시예로,

젤리롤이 보빈 없이 중공 구조일 경우에 내부집전판에 삽입봉을 없앤 구조도 가능하다.

또한 젤리롤에 보빈이 없는 구조에서 젤리롤의 중심부에 내부집전판에 형성된 삽입봉을 삽입한 구조도 가능하다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100: 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체
110: 내부집전판 111: 침투구 112: 함몰홈
113: 돌출부 113a: 게이트홀
113ab: 돌기라인 114: 삽입봉
114a: 가이드홈 114ab: 돌기라인
120: 젤리롤 120a: 무지부 121: 보빈
121a: 통공 121b: 나선홈
200: 케이스
300: 외부집전판 310: 전해액 주입구
400: 이차전지

Claims (6)

1. 귄취된 젤리롤(120); 및
   상기 젤리롤(120)의 양단부에 결합되고 전해액을 젤리롤로 침투시키기 위해 형성되는 다수의 침투구(111)와, 외각에서 중심을 향해 방사상으로 다수의 함몰홈(112)이 형성된 내부집전판(110);을 포함하여 이루어지되,
   상기 내부집전판(110)의 상부면 중앙영역에는 외부집전판(300)과 결합되는 돌출부(113)가 더 형성되고,
   상기 함몰홈(112)은 돌출부(113)의 간섭을 피해 젤리롤(120) 중심부의 수직선상까지 연장 형성되도록 상기 돌출부(113)를 부분적으로 침범하고,
   상기 돌출부(113)는 침범된 함몰홈(112)과 젤리롤(120)의 중심부가 상통되도록 다수의 게이트홀(113a)이 더 형성되고,
   상기 젤리롤(120)의 내부로 충전되는 전해액은 내부집전판(110)의 외각테두리와, 침투구(111)는 물론, 상기 게이트홀(113a)을 통해 젤리롤(120)의 중심부까지 빠르게 침투되어 이차전지(400)의 생산 수율을 높일 수 있도록 이루어지며,
   상기 젤리롤(120)의 중심부에는 젤리롤 방향으로 전해액을 공급할 수 있도록 다수의 통공(121a)이 형성된 보빈(121)이 더 결합되고,
   상기 내부집전판(110)의 저면 중심에는 보빈(121)에 삽입되는 삽입봉(114)을 더 포함하되,
   상기 삽입봉(114)에는 상기 각 게이트홀(113a)과 수직방향으로 연통되는 다수의 가이드홈(114a)이 더 형성되어 전해액이 보빈(121)의 내부로 빠르게 침투될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 게이트홀(113a) 및 상기 삽입봉(114)의 각 가이드홈(114a)에는 전해액이 모세관 현상에 의해 빠르게 침투되도록 돌출된 돌기라인(113ab,114ab)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하는 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 함몰홈(112)는 전해액이 게이트홀(113a)로 빠르게 침투되도록 경사진 형태인 것을 특징으로 하는 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 함몰홈(112)은 전해액이 내부집전판(110)의 외각테두리와 게이트홀(113a)로 빠르게 침투되도록 "Λ" 형태로 경사진 형태인 것을 특징으로 하는 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 보빈(121)의 내주면에는 나선홈(121b)이 더 형성되고,
   상기 통공(121a)은 하향 경사진 형태인 것을 특징으로 하는 이차전지용 젤리롤 집전판 조립체.

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