KR102561762B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

전극 조립체에 압력을 인가할 수 있는 케이스를 구비하는 이차전지에 관해 개시되어 있다. 개시된 이차 전지는 제1 방향을 따라 적층된 음극층, 분리막 및 양극층을 구비하는 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 수용하고, 상기 제1 방향을 따라 상기 전극 조립체를 가압하는 제1 가압면을 구비하는 케이스를 포함하며, 상기 제1 가압면은, 상기 전극 조립체의 일 측면과 마주보도록 배치되는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하며, 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 연장된 복수 개의 곡면 홈을 구비하는 제2 면을 포함할 수 있다.

Description

이차 전지{Secondary battery}
전극 조립체가 케이스에 내장되는 이차 전지가 개시된다.
이차 전지는 일차전지와 달리, 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있다. 고출력 이차 전지는 복수의 이차 전지를 직렬로 연결하여 구성되며, 대전력을 필요로 하는 기기, 예를 들면, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있다.
이차 전지는 분리막의 양면에 양극층과 음극층을 구비하는 전극 조립체를 포함한다. 전극 조립체에서 충전 및 방전이 반복됨에 따라, 과도한 열이 발생되거나, 전해액이 분해될 수 있다. 이에 따라, 양극층, 분리막 및 음극층 사이의 간격들이 벌어지고, 전극 조립체가 부풀어 오르는 스웰링(swelling) 현상이 발생할 수 있다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 001) 등록특허공보 제0659848호(2006.12.13)
본 발명의 일 구현예는 전극 조립체를 가압하여, 양극층, 분리막 및 음극층 사이의 간극을 설정 범위 이내로 유지시켜, 스웰링을 억제하는 이차 전지를 제공한다.
일 측면(aspect)에 따르면, 제1 방향을 따라 적층된 음극층, 분리막 및 양극층을 구비하는 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 수용하고, 상기 제1 방향을 따라 상기 전극 조립체를 가압하는 제1 가압면을 구비하는 케이스를 포함하며, 상기 제1 가압면은, 상기 전극 조립체의 일 측면과 마주보도록 배치되는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하며, 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 연장된 복수 개의 곡면 홈을 구비하는 제2 면을 포함하는 이차 전지가 제공된다.
상기 곡면 홈의 상기 제1 방향을 따르는 종단면은 소정의 곡률을 구비하는 반원 형상, 아치 형상 및 포물선 형상 중 어느 하나일 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직하는 제3 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 폭에 대한 상기 제1 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 깊이의 비율은 1/15 이상 1/5이하일 수 있다.
상기 복수 개의 곡면 홈의 배치 비율은 상기 제3 방향을 따라 1개/cm 이상 2개/cm이하일 수 있다.
상기 케이스는 상기 제1 가압면에 대향하는 제2 가압면, 상기 제1 가압면과 상기 제2 가압면을 연결하는 양 측면 및 하부면을 구비하는 각형으로 마련될 수 있다.
상기 제2 가압면은 상기 전극 조립체의 일 측면과 마주보도록 배치되는 제1 면; 및 상기 제1 면에 대향하며, 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 연장된 복수 개의 곡면 홈을 구비하는 제2 면;을 포함할 수 있다.
상기 곡면 홈의 상기 제1 방향을 따르는 종단면은 소정의 곡률을 구비하는 반원 형상, 아치 형상 및 포물선 형상 중 어느 하나일 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직하는 제3 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 폭에 대한 상기 제1 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 깊이의 비율은 1/15 이상 1/5이하일 수 있다.
상기 케이스를 밀폐하기 위해 상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트를 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 제1 방향을 따라 적층된 음극층, 분리막 및 양극층을 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하고, 상기 전극 조립체의 일 측면과 마주보도록 배치되는 제1 외벽부를 포함하는 케이스; 및 상기 전극 조립체의 일 측면과 상기 제1 외벽부 사이에 배치되어 상기 제1 방향을 따라 상기 전극 조립체를 가압하는 제1 가압부;를 포함하며, 상기 제1 가압부는, 상기 전극 조립체의 일 측면과 마주보도록 배치되는 제1 면; 및 상기 제1 면에 대향하며, 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 연장된 복수 개의 곡면 홈을 구비하는 제2 면;을 포함할 수 있다.
상기 곡면 홈의 상기 제1 방향을 따르는 종단면은 소정의 곡률을 구비하는 반원 형상, 아치 형상 및 포물선 형상 중 어느 하나일 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직하는 제3 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 폭에 대한 상기 제1 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 깊이의 비율은 1/15 이상 1/5이하일 수 있다.
상기 복수 개의 곡면 홈의 배치 비율은 상기 제3 방향을 따라 1개/cm 이상 2개/cm이하일 수 있다.
상기 케이스는 상기 제1 외벽부에 대향하는 제2 외벽부, 상기 제1 외벽부와 상기 제2 외벽부를 연결하는 양 측면 및 하부면을 구비하는 각형으로 마련될 수 있다.
상기 전극 조립체의 일 측면에 대향하는 다른 일 측면과 상기 제2 외벽부 사이에 배치되어 상기 제1 방향을 따라 상기 전극 조립체를 가압하는 제2 가압부;를 포함하며, 상기 제2 가압부는, 상기 전극 조립체의 다른 일 측면과 마주보도록 배치되는 제1 면; 및 상기 제1 면에 대향하며, 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 연장된 복수 개의 곡면 홈을 구비하는 제2 면;을 포함할 수 있다.
상기 곡면 홈의 상기 제1 방향을 따르는 종단면은 소정의 곡률을 구비하는 반원 형상, 아치 형상 및 포물선 형상 중 어느 하나일 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직하는 제3 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 폭에 대한 상기 제1 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 깊이의 비율은 1/15 이상 1/5이하일 수 있다.
상기 케이스를 밀폐하기 위해 상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 전극 조립체를 감싸는 케이스가 전극 조립체를 가압하여, 전극 조립체에 포함된 양극층, 분리막 및 음극층 사이의 간극들이 설정 범위 이내로 유지되므로 스웰링 현상이 억제될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면 전극 조립체와 마주보도록 배치된 가압부가 전극 조립체를 가압하여, 전극 조립체에 포함된 양극층, 분리막 및 음극층 사이의 간극들이 설정 범위 이내로 유지되므로 스웰링 현상이 억제될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2a는 일 실시예에 따라 도 1의 I-I 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 2b는 일 실시예에 따라 도 1의 II -II 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3b는 일 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면 홈의 확대 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 가압면의 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 가압면의 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따라 도 1의 I-I 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 7a는 일 실시예에 따라 도 6의 I'-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7b는 일 실시예에 따라 도 6의 II' -II' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 8a는 다른 실시예에 따라 도 6의 I'-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 8b는 다른 실시예에 따라 도 6의 II' -II' 선을 따라 절단한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 구현예들에 따른 이차 전지에 대하여 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 구현예들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 구현예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 본 명세서에서, "상부" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉 상태로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 또한 본 명세서에서, "일면" 및 "타면"은 서로 반대쪽에 위치하는 두 면을 의미하고, "일방향" 및 "타방향"은 서로 정반대의 두 방향을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도 2a는 일 실시예에 따라 도 1의 I-I 선을 따라 절단한 단면도이다. 도 2b는 일 실시예에 따라 도 1의 II -II 선을 따라 절단한 단면도이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 내장하는 케이스(15), 케이스(15)의 개구에 결합되는 캡 플레이트(20), 및 캡 플레이트(20)에 설치되는 음극단자(21) 와 양극단자(22)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(10)는 하나 또는 복수 개로 형성될 수 있으며, 음극층(11), 양극층(12) 및 절연체로 마련되는 분리막(13)을 포함할 수 있다. 일 예시에 따른, 전극 조립체(10)는 분리막(13)을 사이에 두고 단일 판으로 이루어지는 음극층(11)과 양극층(12)을 두께 방향, 예를 들어 제1 방향(Z)을 따라 적층하여 조립되거나, 제1 방향(Z)을 따라 음극층(11), 분리막(13) 및 양극층(12)을 지그재그 구조로 접어서 적층하여 조립될 수 있다. 일 예로서, 음극층(11)은, 예컨대, Li 금속을 포함하거나, Li 금속 합금을 포함할 수도 있다. 다만, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 음극층(11)의 구체적인 물질은 예시적인 것이고, 달라질 수 있다.
케이스(15)는 내부에 전극 조립체(10)를 수용하는 수용 부재이다. 일 예시에 따른 케이스(15)는 전극 조립체(10)를 수용하는 공간이 대략 직육면체로 마련되는 각형으로 구현될 수 있다. 이때, 외부와 내부 공간을 연결하는 개구가 직육면체의 일면에 형성될 수 있으며, 상기 개구는 전극 조립체(10)를 케이스(15)의 내부로 삽입할 수 있게 한다. 다만, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 케이스(15)는 리튬 폴리머 이차 전지 또는 원통형 이차 전지 등 다양한 형태의 이차 전지에 적용될 수 있도록 변형될 수도 있다.
일 실시예에 따라 케이스(15)는, 전극 조립체(10)의 일 측면과 마주보도록 배치되어 음극층(11), 양극층(12) 및 분리막(13)의 두께 방향, 예를 들어 제1 방향(Z)을 따라 전극 조립체(10)를 가압하는 제1 가압면(150), 제1 가압면(150)에 대향하는 제2 가압면(160), 제1 가압면(150)과 제2 가압면(160)을 연결하는 양 측면(170) 및 하부면(180)을 포함할 수 있다. 일 예시에 따른 제1 가압면(150)을 이용하여 전극 조립체(10)에 가압력을 인가하는 과정은 도 3 내지 도 4b를 참조하여 후술한다.
캡 플레이트(20)는 얇은 판재로 이루어져 케이스(15)의 개구에 설치됨으로써 케이스(15)를 밀폐한다. 캡 플레이트(20)는 이차 전지(1)에 형성된 내부 압력의 하강을 수행할 수 있는 벤트 홀(23) 및 케이스(15)를 개방시키거나 밀폐시킬 수 있는 벤트 플레이트(미도시)를 포함할 수 있다.
음극단자(21)와 양극단자(22)는 캡 플레이트(20)를 관통하여 설치되어 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 음극단자(21)와 양극단자(22)는 전극 조립체(10)의 음극층(11)과 양극층(12)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 전극 조립체(10)는 음극단자(21)와 양극단자(22)를 통하여 케이스(15)의 외부로 인출될 수 있다.
도 3a 내지 도 3b는 일 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면 홈의 확대 단면도이다. 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 가압면의 단면도이다. 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 가압면의 단면도이다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 일 실시예에 따른 제1 가압면(150)은 전극 조립체(10)의 일 측면과 마주보도록 배치되는 제1 면(151) 및 제1 면(151)에 대향하며, 제1 방향(Z)에 수직하는 제2 방향(X)을 따라 연장된 복수 개의 곡면 홈(30)을 구비하는 제2 면(152)을 포함할 수 있다. 일 예시에 따른 제1 면(151)은 전극 조립체(10)의 일 측면과 마주보도록 배치될 수 있으며, 제2 면(152)은 이차 전지(1)가 탑재되는 전자 장치의 탑재부, 예를 들어 배터리 탑재부(미도시)와 마주보도록 배치되어 제1 방향(Z)을 따라 전극 조립체(10)에 가압력을 인가할 수 있다.
일 실시예에 따른 복수 개의 곡면 홈(30)은 제1 방향(Z)에 수직하는 제2 방향(X)을 따라 연장될 수 있다. 또한, 복수 개의 곡면 홈(30)은 제1 방향(Z) 및 제2 방향(X)에 수직하는 제3 방향(Y)을 따라 지지면(40)을 사이에 두고 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 다만, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 복수 개의 곡면 홈(30)의 연장 방향은 제2 방향(X)과 소정의 각도를 구비하도록 변형되거나, 복수 개의 곡면 홈(30)의 이격 방향 또한 제3 방향(Y)과 소정의 각도를 구비하도록 변형될 수 있다.
일 예로서, 복수 개의 곡면 홈(30)은 도 2a에 도시된 바와 같이 제1 곡면 홈 내지 제6 곡면 홈(31-36)을 구비할 수 있으나, 본 개시가 이에 제한된 것은 아니며, 복수 개의 곡면 홈(30)에 포함된 곡면 홈의 개수는 필요에 따라 임의로 선택될 수 있다. 일 예시에 따르면 복수 개의 곡면 홈(30)에 포함된 각각의 곡면 홈의 제1 방향(Z)을 따르는 종단면은 소정의 곡률을 구비하도록 형성될 수 있다. 일 예로서, 제1 곡면 홈 내지 제6 곡면 홈(31-36)의 제1 방향(Z)을 따르는 종단면은 소정의 곡률을 구비하는 곡면으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 곡면 홈 내지 제6 곡면 홈(31-36)의 홈의 제1 방향(Z)을 따르는 종단면은 반원 형상, 아치 형상, 쌍곡선 형상 중 일부 및 포물선 형상 중 어느 하나일 수 있다.
도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 일 실시예에 따른 전극 구조체(10)가 스웰링 현상에 의해 제1 방향(Z)을 따라 팽창하는 경우, 제1 가압면(150)에 구비된 제1 면(151)에 제1 방향(Z)을 따라 압력(F1)이 인가될 수 있다. 이때, 제2 면(152)에 구비된 지지면(40)으로부터 반발력(F2)이 인가될 수 있다. 상술한 바와 같이 제1 곡면 홈(31)의 제1 방향(Z)을 따르는 종단면이 소정의 곡률을 구비하는 곡면으로 마련되는 경우, 제1 곡면 홈(31)의 제3 방향(Y)을 따르는 곡면 홈의 폭(L)과 제1 방향(Z)을 따르는 곡면 홈의 깊이(D)의 비율에 따라 수평 반발력(Fy) 및 수직 반발력(Fz)의 비율이 결정될 수 있다. 예를 들어, 곡면 홈의 폭(L)에 대한 곡면 홈의 깊이(D)의 비율이 증가하는 경우 수평 반발력(Fy)이 감소하는 반면 수직 반발력(Fz)은 증가할 수 있다. 또한, 곡면 홈의 폭(L)에 대한 곡면 홈의 깊이(D)의 비율이 감소하는 경우 수평 반발력(Fy)이 증가하는 반면 수직 반발력(Fz)은 감소할 수 있다. 일 예로서, 전극 구조체(10)에 의해 인가되는 압력(F1)에 의해 제1 곡면 홈(31)의 중심부가 제1 방향(Z)을 따라 변형되는 경우, 곡면 홈의 폭(L)에 대한 곡면 홈의 깊이(D)의 비율은 제1 곡면 홈(31)의 중심부의 변형량을 최소화할 수 있도록 결정될 수 있다. 예를 들어 제1 곡면 홈(31)의 홈의 제1 방향(Z)을 따르는 종단면은 반원 형상, 아치 형상, 쌍곡선 형상 중 일부 및 포물선 형상 중 어느 하나일 수 있으며, 이때, 곡면 홈의 폭(L)에 대한 곡면 홈의 깊이(D)의 비율은 1/15 이상 1/5 이하일 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 일 실시예에 따른 제1 가압면(150)이 제3 방향(Y)을 따라 동일한 길이(A)을 구비하고, 곡면 홈의 폭(L)에 대한 곡면 홈의 깊이(D)의 비율이 일정한 경우, 제1 가압면(150)에 배치되는 복수 개의 곡면 홈(30)의 개수는 곡면 홈의 깊이(D)에 따라 결정될 수 있다. 일 예로서, 도 4a에 도시된 바와 같이 복수 개의 곡면 홈(30)이 제1 깊이(D1)를 구비하고, 도 4b에 도시된 바와 같이 복수 개의 곡면 홈(30)이 제2 깊이(D2)를 구비하며, 제1 깊이(D1)의 크기가 제2 깊이(D2)의 크기 보다 큰 경우, 도 4a에 도시된 제1 가압면(150)은 8개로 마련된 복수 개의 곡면 홈(30)을 구비하는 반면, 도 4b에 도시된 제1 가압면(150)은 10개로 마련된 복수 개의 곡면 홈(30)을 구비할 수 있다. 이차 전지(1)의 제1 방향(Z)에 따른 두께를 증가시키지 않기 위해 곡면 홈의 깊이(D)는 작을수록 유리할 수 있으나, 곡면 홈의 깊이(D)가 작아지는 경우 동일한 반발력(F2)을 확보하기 위한 복수 개의 곡면 홈(30)의 개수가 증가될 수 있다. 따라서, 제3 방향(Y)을 따르는 복수 개의 곡면 홈(30)의 배치 비율은 곡면 홈의 깊이(D), 보다 구체적으로 이차 전지(1)의 제1 방향(Z)에 따른 두께에 따라 결정될 수 있다. 일 예로서, 제3 방향(Y)을 따르는 복수 개의 곡면 홈(30)의 배치 비율은 1개/cm 이상 2개/cm이하일 수 있으나 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 5는 다른 실시예에 따라 도 1의 I-I 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 제2 가압면(160)은 전극 조립체(10)의 일 측면과 마주보도록 배치되는 제1 면(161) 및 제1 면(161)에 대향하며, 제1 방향(Z)에 수직하는 제2 방향(X)을 따라 연장된 복수 개의 곡면 홈(30-1)을 구비하는 제2 면(162)을 포함할 수 있다. 일 예시에 따른 제1 면(161)은 전극 조립체(10)의 일 측면과 마주보도록 배치될 수 있으며, 제2 면(162)은 이차 전지(1)가 탑재되는 전자 장치의 탑재부, 예를 들어 배터리 커버부(미도시)와 마주보도록 배치되어 제1 방향(Z)을 따라 전극 조립체(10)에 가압력을 인가할 수 있다. 제2 가압면(160)에 마련된 복수 개의 곡면 홈(30-1)의 개수 및 형상과 관련된 사항은 제1 가압면(150)에 마련된 복수 개의 곡면 홈(30)의 개수 및 형상과 실질적으로 동일하므로 설명의 편의상 여기서는 서술을 생략한다. 상술한 바와 같이, 전극 조립체(10)를 감싸는 케이스(15)의 외벽부, 예를 들어 제1 가압면(150) 또는 제2 가압면(160)에 복수의 곡면 홈(30) 구조를 배치하는 경우, 복수의 곡면 홈(30) 구조에 의해 전극 조립체(10)가 가압되어, 전극 조립체(10)에 포함된 음극층(11), 분리막(13) 및 양극층(12) 사이의 간극들이 설정 범위 이내로 유지되므로 스웰링 현상이 억제될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도 7a는 일 실시예에 따라 도 6의 I'-I' 선을 따라 절단한 단면도이다. 도 7b는 일 실시예에 따라 도 6의 II' -II' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 내장하는 케이스(25), 케이스(25)의 개구에 결합되는 캡 플레이트(20), 캡 플레이트(20)에 설치되는 음극단자(21) 와 양극단자(22) 및 제1 가압부(50)를 포함할 수 있다. 전극 조립체(10), 캡 플레이트(20), 음극단자(21) 및 양극단자(22)와 관련된 사항은 도 1에 서술된 사항과 실질적으로 동일하므로, 설명의 편의상 여기서는 서술을 생략한다.
케이스(25)는 내부에 전극 조립체(10)를 수용하는 수용 부재이다. 일 예시에 따른 케이스(25)는 전극 조립체(10)를 수용하는 공간이 대략 직육면체로 마련되는 각형으로 구현될 수 있다. 이때, 외부와 내부 공간을 연결하는 개구가 직육면체의 일면에 형성될 수 있으며, 상기 개구는 전극 조립체(10)를 케이스(25)의 내부로 삽입할 수 있게 한다. 일 실시예에 따라 케이스(25)는, 전극 조립체(10)의 일 측면과 마주보도록 배치되어 전극 조립체(10)의 두께 방향, 예를 들어 제1 방향(Z)을 따라 전극 조립체(10)를 가압하는 제1 외벽부(251), 제1 외벽부(251)에 대향하는 제2 외벽부(252), 제1 외벽부(251)과 제2 외벽부(252)을 연결하는 양 측면(253) 및 하부면(254)을 포함할 수 있다.
제1 가압부(50)는 전극 조립체(10)와 케이스(25) 사이에 배치되어 전극 조립체(10)에 가압력을 인가하는 가압부재이다. 일 예로서, 제1 가압부(50)는 전극 조립체(10)의 일 측면과 케이스(25)의 제1 외벽부(251) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 제1 가압부(50)의 제1 면(510)은 전극 조립체(10)의 일 측면과 마주보도록 배치될 수 있으며, 제1 면(510)에 대향하는 제2 면(520)은 제1 외벽부(251)와 마주보도록 배치될 수 있다. 일 예로서 제1 가압부(50)의 제2 면(520)에는 복수 개의 곡면 홈(30-3)이 배치될 수 있다. 일 실시예에 따른 복수 개의 곡면 홈(30-3)은 제1 방향(Z)에 수직하는 제2 방향(X)을 따라 연장될 수 있다. 또한, 복수 개의 곡면 홈(30-3)은 제1 방향(Z) 및 제2 방향(X)에 수직하는 제3 방향(Y)을 따라 지지면(40)을 사이에 두고 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 전극 구조체(10)가 스웰링 현상에 의해 제1 방향(Z)을 따라 팽창하는 경우, 제1 가압부(50)에 구비된 제1 면(510)에 제1 방향(Z)을 따라 압력이 인가될 수 있다. 이때, 제2 면(520)에 구비된 지지면(40)으로부터 반발력이 인가될 수 있으며, 이에 따라 전극 구조체(10)의 스웰링 현상을 방지할 수 있다. 제1 가압부(50)에 마련된 복수 개의 곡면 홈(30-3)의 개수 및 형상과 관련된 사항은 상술한 실시예의 제1 가압면(150)에 마련된 복수 개의 곡면 홈(30)의 개수 및 형상과 실질적으로 동일하므로 설명의 편의상 여기서는 서술을 생략한다.
도 8a는 다른 실시예에 따라 도 6의 I'-I' 선을 따라 절단한 단면도이다. 도 8b는 다른 실시예에 따라 도 6의 II' -II' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 일 실시예에 따른 이차 전지(1)는 전극 조립체(10)와 케이스(25) 사이, 보다 구체적으로 전극 조립체(10)의 일 측면과 케이스(25)의 제2 외벽부(252) 사이에 배치되는 제2 가압부(60)를 더 포함할 수 있다. 이때, 제2 가압부(60)의 제1 면(610)은 전극 조립체(10)의 일 측면과 마주보도록 배치될 수 있으며, 제1 면(610)에 대향하는 제2 면(620)은 제2 외벽부(252)와 마주보도록 배치될 수 있다. 일 예로서 제2 가압부(60)의 제2 면(620)에는 복수 개의 곡면 홈(30-4)이 배치될 수 있다. 제2 가압부(60)에 마련된 복수 개의 곡면 홈(30-4)의 개수 및 형상과 관련된 사항은 상술한 실시예의 제1 가압면(150)에 마련된 복수 개의 곡면 홈(30)의 개수 및 형상과 실질적으로 동일하므로 설명의 편의상 여기서는 서술을 생략한다. 상술한 바와 같이, 전극 조립체(10)를 감싸는 케이스(15)와 전극 조립체(10) 사에에 복수 개의 곡면 홈(30-3, 30-4) 구조를 포함하는 제1 가압부(50) 또는 제2 가압부(60)배치하는 경우, 복수 개의 곡면 홈(30-3, 30-4) 구조에 의해 전극 조립체(10)가 가압되어, 전극 조립체(10)에 포함된 음극층(11), 분리막(13) 및 양극층(12) 사이의 간극들이 설정 범위 이내로 유지되므로 스웰링 현상이 억제될 수 있다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 이차 전지
10: 전극 구조체
11: 음극층
12: 양극층
13: 분리막
15: 케이스
20: 캡 플레이트
21: 음극단자
22: 양극단자
25: 케이스
30: 복수 개의 곡면 홈

Claims (20)

  1. 제1 방향을 따라 적층된 음극층, 분리막 및 양극층을 구비하는 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 수용하고, 상기 제1 방향을 따라 상기 전극 조립체를 가압하는 제1 가압면을 구비하는 케이스; 를 포함하며,
    상기 제1 가압면은,
    상기 전극 조립체의 일 측면과 마주보도록 배치되는 제1 면; 및
    상기 제1 면에 대향하며, 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 연장된 복수 개의 곡면 홈을 구비하는 제2 면;을 포함하며,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직하는 제3 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 폭에 대한 상기 제1 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 깊이의 비율은 1/15 이상 1/5이하인,
    이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 곡면 홈의 상기 제1 방향을 따르는 종단면은 소정의 곡률을 구비하는 반원 형상, 아치 형상 및 포물선 형상 중 어느 하나인,
    이차 전지.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 곡면 홈의 배치 비율은 상기 제3 방향을 따라 1개/cm 이상 2개/cm이하인,
    이차 전지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 제1 가압면에 대향하는 제2 가압면, 상기 제1 가압면과 상기 제2 가압면을 연결하는 양 측면 및 하부면을 구비하는 각형으로 마련되는,
    이차 전지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 가압면은
    상기 전극 조립체의 일 측면과 마주보도록 배치되는 제1 면; 및
    상기 제1 면에 대향하며, 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 연장된 복수 개의 곡면 홈을 구비하는 제2 면;을 포함하는,
    이차 전지.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 곡면 홈의 상기 제1 방향을 따르는 종단면은 소정의 곡률을 구비하는 반원 형상, 아치 형상 및 포물선 형상 중 어느 하나인,
    이차 전지.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직하는 제3 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 폭에 대한 상기 제1 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 깊이의 비율은 1/15 이상 1/5이하인,
    이차 전지.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 케이스를 밀폐하기 위해 상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트를 더 포함하는,
    이차 전지.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 음극층은 Li 금속 또는 Li 금속 합금을 포함하는,
    이차 전지.
  11. 제1 방향을 따라 적층된 음극층, 분리막 및 양극층을 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하고, 상기 전극 조립체의 일 측면과 마주보도록 배치되는 제1 외벽부를 포함하는 케이스; 및
    상기 전극 조립체의 일 측면과 상기 제1 외벽부 사이에 배치되어 상기 제1 방향을 따라 상기 전극 조립체를 가압하는 제1 가압부;를 포함하며,
    상기 제1 가압부는,
    상기 전극 조립체의 일 측면과 마주보도록 배치되는 제1 면; 및
    상기 제1 면에 대향하며, 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 연장된 복수 개의 곡면 홈을 구비하는 제2 면;을 포함하며,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직하는 제3 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 폭에 대한 상기 제1 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 깊이의 비율은 1/15 이상 1/5이하인,
    이차 전지.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 곡면 홈의 상기 제1 방향을 따르는 종단면은 소정의 곡률을 구비하는 반원 형상, 아치 형상 및 포물선 형상 중 어느 하나인,
    이차 전지.
  13. 삭제
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 복수 개의 곡면 홈의 배치 비율은 상기 제3 방향을 따라 1개/cm 이상 2개/cm이하인,
    이차 전지.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 제1 외벽부에 대향하는 제2 외벽부, 상기 제1 외벽부와 상기 제2 외벽부를 연결하는 양 측면 및 하부면을 구비하는 각형으로 마련되는,
    이차 전지.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 일 측면에 대향하는 다른 일 측면과 상기 제2 외벽부 사이에 배치되어 상기 제1 방향을 따라 상기 전극 조립체를 가압하는 제2 가압부;를 포함하며,
    상기 제2 가압부는,
    상기 전극 조립체의 다른 일 측면과 마주보도록 배치되는 제1 면; 및
    상기 제1 면에 대향하며, 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 연장된 복수 개의 곡면 홈을 구비하는 제2 면;을 포함하는,
    이차 전지.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 곡면 홈의 상기 제1 방향을 따르는 종단면은 소정의 곡률을 구비하는 반원 형상, 아치 형상 및 포물선 형상 중 어느 하나인,
    이차 전지.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직하는 제3 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 폭에 대한 상기 제1 방향을 따르는 상기 곡면 홈의 깊이의 비율은 1/15 이상 1/5이하인,
    이차 전지.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 케이스를 밀폐하기 위해 상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트를 더 포함하는,
    이차 전지.
  20. 제11 항에 있어서,
    상기 음극층은 Li 금속 또는 Li 금속 합금을 포함하는,
    이차 전지.
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