KR102564972B1

KR102564972B1 - 이차 전지 및 이차 전지 적층체

Info

Publication number: KR102564972B1
Application number: KR1020160042224A
Authority: KR
Inventors: 장혜림; 황창묵; 김명훈
Original assignee: 에스케이온 주식회사
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2023-08-07
Also published as: KR20170114743A

Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 다각체 형상의 하우징; 상기 하우징의 하나 이상의 면은 양극을 형성하는 양극면이고, 상기 하우징의 다른 하나 이상의 면은 음극을 형성하는 음극면인, 이차 전지를 제공한다.

Description

이차 전지 및 이차 전지 적층체{SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY STACK}

본 발명은 이차 전지 및 이차 전지 적층체에 관한 것이다.

저탄소 녹색성장이 전 세계의 글로벌 이슈로 등장함에 따라 그린에너지 산업이 큰 관심을 받고 있다. 최근에 들어서는 화석 연료 고갈, 이산화탄소 감소 목적으로 하이브리드 자동차(HV, Hybrid Vehicles), 전기 자동차(EV, Electric Vehicles) 등의 모터를 이용하는 자동차가 개발 및 생산되고 있고, 이러한 자동차에도 모터를 구동시킬 수 있는 전지 팩을 내장하고 있다. 전지 팩은 일정시간 동안 전기/저장장치 또는 자동차를 구동시키기 위해서 소정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.

경제적 측면을 고려하여, 최근 전지 팩은 충전/방전이 가능한 이차 전지를 채용하고 있다. 이차 전지는 대표적으로 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지 및 리튬(Li) 전지, 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 존재한다.

이 중, 리튬 이차 전지는 1970년대 초부터 연구 개발이 진행되었고, 1990년 리튬 금속 대신 탄소를 음극으로 이용한 리튬 이온 전지가 개발되면서 실용화되었으며, 500회 이상의 사이클 수명과 1 내지 2시간의 짧은 충전시간을 특징으로 하여 이차 전지 중 가장 판매 신장률이 높고 니켈-수소 전지에 비해서 30 내지 40% 정도 가벼워 경량화가 가능하다.

또한, 리튬 이차 전지는 현존하는 이차 전지 중 단위 전지 전압(3.0 내지 3.7V)이 가장 높으며 에너지 밀도가 높고, 기억 효과가 없으며, 사용하지 않을 때에도 자연 방전이 일어나는 정도가 작고, 매우 가벼워 노트북, 카메라, 핸드폰 등 휴대용 전자 기기들에 많이 사용되고 있다. 이 외에도 에너지 밀도가 높은 특성을 이용하여 방산업이나 자동화 시스템, 그리고 자동차, 항공 산업 분야에서도 점점 그 사용 빈도가 증가하는 추세이다.

전기에너지를 이렇게 배터리만으로 자동차를 구동하므로 배터리가 차지하는 부피/무게 대비 에너지 밀도가 높아야 한다. 이에 따라, 전기자동차에 들어가는 이차 전지의 높은 밀도의 에너지를 내기 위한 기술 개발이 요구되고 있다. 또한, 최근에는 이러한 이차 전지의 수명을 늘이는 것에 대한 요구가 강할 뿐만 아니라, 장시간 고온에 노출되더라도 전지의 성능이 유지될 수 있도록 하는 기술에 대한 필요성이 점차 높아지고 있다.

한국공개특허공보 제10-2015-0013079(2015.02.04.)

본 발명의 일 실시예들은 3개의 양극면 및 3개의 음극면을 포함하는 이차 전지를 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따른 복수개의 이차 전지 하우징을 적층시켜 구성된 이차 전지 적층체를 제공하고자 한다.

그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 다면체 형상의 하우징; 상기 하우징의 하나 이상의 면은 양극을 형성하는 양극면이고, 상기 하우징의 다른 하나 이상의 면은 음극을 형성하는 음극면인, 이차전지를 제공한다.

상기 양극면은 면의 전체가 양극으로 형성되고, 상기 음극면은 면 전체가 음극으로 형성될 수 있다.

상기 하우징은 육면체로 형성될 수 있다.

상기 육면체는 직육면체 또는 정육면체일 수 있다.

상기 육면체의 3면은 양극면이고, 상기 육면체의 나머지 3면은 음극면일 수 있다.

상기 전극 조립체와 상기 양극면 또는 상기 음극면 사이에 스위치가 마련될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 제1 전극 조립체를 수용하는 다면체 형상의 제1 하우징; 제2 전극 조립체를 수용하는 다면체 형상의 제2 하우징; 상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징을 서로 고정시키는 고정부재;를 포함하고, 상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징이 접촉되어, 상기 제1 하우징의 일면과 상기 제2 하우징의 일면이 직렬 또는 병렬 연결되는, 이차전지 적층체를 제공한다.

상기 제1 하우징 및 상기 제2 하우징은 육면체로 형성될 수 있다.

상기 육면체는 직육면체 또는 정육면체를 포함할 수 있다.

상기 육면체의 3면은 양극면이고, 상기 육면체의 나머지 3면은 음극면 일 수 있다.

상기 양극면과 상기 음극면 중 전기적으로 연결되지 않는 면은 비활성화 될 수 있다.

상기 양극면과 상기 음극면은 절연부재 부착 또는 전기적으로 단선될 수 있다.

상기 고정부재는 케이블 타이 또는 볼트를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 3개의 양극면 및 3개의 음극면을 포함하는 이차 전지 하우징은 양극면과 음극면의 접촉으로 모듈이 구성되는 이차 전지를 제공한다.

본 발명의 다른 실시 형태들은 이차 전지 적층제는 다양한 구성으로 형성될 수 있으며, 복수개의 이차 전지가 적층되어 부피 어네지 밀도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 하우징의 형상을 도시한 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 하우징에 전극 조립체가 수용된 모습을 도시한 단면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 하우징은 스택형, 권취형 또는 젤리-롤형 등 적어도 하나로 형성된 전극 조립체를 수용한 모습을 도시한 도면
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 제1 하우징와 제2 하우징이 연결된 모습을 도시한 도면
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 제1 하우징에 결합돌기와 제2 하우징에 결합홈이 형성된 모습을 도시한 단면도
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차 전지 적층체 모습을 도시한 도면

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.

이차 전지는 예를 들면, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지일 수 있다. 이하에서는, 이들을 모두 포함하여 이차 전지라고 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 하우징(1)의 모습을 도시한 도면이다. 본 설명에서 이차 전지 하우징은 하우징(1)라고 지칭한다.

도 1(a)는 하우징(1)의 하나 이상의 면에 양극면(20)이 마련되고, 도 1(b)는 하우징(1)의 다른 하나 이상의 면에 음극면(30)이 마련된 모습이다. 도 1을 참조하면, 하우징(1)은 다면체 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 하우징(1)은 육면체로 형성될 수 있다. 육면체는 직육면체 또는 정육면체를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며, 하우징(1)의 형상은 오각뿔, 사각뿔대 등 면의 개수가 6개인 경우인 모두를 포함할 수 있다. 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(1)의 형상이 정육면체로 형성된 즉, 큐브(cube) 형상으로 형성된 경우에 대해 설명한다.

하우징(1)의 하나 이상의 면은 양극을 형성하는 양극면(20)이고, 하우징(1)의 다른 하나 이상의 면은 음극을 형성하는 음극면(30)일 수 있다. 이는, 양극면(20)의 일부 또는 전체가 양극으로 음극면(30)의 일부 또는 전체가 음극으로 형성될 수 있다. 하지만 본 발명에서는 양극면(20)의 면 전체가 양극으로 형성되고, 음극면(30)의 면 전체가 음극으로 형성되는 것이 바람직하다.

하우징(1)의 육면체의 3면은 양극면(20, 20a, 20b)과 나머지 3면은 음극면(30, 30a, 30b)으로 마련될 수 있다. 3개의 양극면(20, 20a, 20b)과 3개의 음극면(30, 30a, 30b)은 서로 대향하여 위치될 수 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 하우징(1) 및 전극 조립체(도 2에 도시된, 10)의 형상 및 배치에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 이에 따라, 복수개의 하우징(1)을 적층 또는 배열하여 하나의 모듈로 구성 시, 양극면(이하, 20)과 음극면(이하, 30)의 접촉만으로도 모듈이 구성될 수 있다. 즉, 하우징(1)은 하나의 이차 전지의 단위 셀이 될 수 있거나, 모듈이 구성될 수 있다. 하우징(1)은 전극 조립체(도 2에 도시된, 10)를 수용하기 위해 소정의 깊이를 갖도록 형성될 수 있다. 이는, 전극 조립체(10)의 형상에 따라 이를 수용하기 하우징(1)의 크기는 달라질 수 있으며, 하우징(1)은 전극 조립체(10)를 감쌀 수 있도록 마련될 수 있다.

또한, 하우징(1) 내에 전극 조립체(10)를 수용한 후에 하우징(1)의 상면 또는 하면을 예를 들면, 양극면(20) 또는 음극면(30)을 밀봉하여 하우징(1)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 양극면(20)과 음극면(30)이 접촉하는 부분에 접착재를 매개로 밀봉될 수 있으며, 또는 열융착으로 밀봉될 수도 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 하우징(1)은 외부의 수분, 가스 등이 하우징(1) 내부로 침투하는 것을 방지하며, 하우징(1)의 기계적 강도 향상과 함께 하우징(1) 내에 주입된 화학 물질이 외부로 유출되는 것을 방지한다.

전극 조립체(10)와 양극면(이하, 20) 또는 음극면(이하, 30) 사이에 스위치(미도시)가 마련될 수 있다. 스위치(퓨즈)는 각 면을 활성화 시킬 수 있다. 스위치는 반도체 스위치 또는 기계적 릴레이 스위치 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 전기적 연결을 제어할 수 있는 스위치 수단이라면 어떠한 것이라도 사용이 가능하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징(1)에 전극 조립체(10)가 수용된 모습을 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 전극 조립체(10)는 양극판 분리막, 음극판이 순차로 배치되어 일방향으로 와인딩 되거나, 다수장의 양극판, 분리막, 음극판이 반복적으로 적층된 것을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 전극 조립체(10)에 접합된 전극탭(12, 14)은 양극면(20)에 전기적으로 연결된 양극탭인 제1 전극탭(12)과 음극면(30)에 전기적으로 연결된 음극탭인 제2 전극탭(14)을 포함하는 것으로서, 제1 전극탭(12)과 제2 전극탭(14)은 각각 전극 조립체(10)의 서로 대향하는 면에 접합될 수 있으며, 또는 전극 조립체(10)의 동일한 면에 접합될 수 있다. 나아가, 제1 전극탭(12)과 제2 전극탭(14)은 적어도 하나의 양극면(20) 및 음극면(30)에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 1에서는 제1 전극탭(12)이 하나의 양극면(20)과 제2 전극탭(14)이 하나의 음극면(30)에 전기적으로 연결된 모습을 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

나아가, 하우징(1) 내에는 전극조립체(10)를 고정지지하는 지지부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징(1)이 스택형, 권취형 또는 젤리-롤형 등 적어도 하나로 형성된 전극 조립체(10a, 10b, 10c)를 수용한 모습을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 전극 조립체(10a, 10b, 10c)는 스택형, 권취형 또는 젤리-롤형 등 중 적어도 하나의 형상으로 형성될 수 있다.

통상 젤리-롤형 전극 조립체는 전류 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극활물질을 코팅하고, 프레싱한 후, 원하는 폭과 길이를 갖는 밴드 형태로 재단한 다음, 분리 필름을 이용해 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아서 제조되는 전극 조립체를 말하며, 스택형 전극 조립체는 음극, 분리막, 양극을 수직으로 적층하는 방식으로 제조되는 전극 조립체를 말한다.

한편, 스택 앤 폴딩형 전극 조립체는 단일 전극 또는 음극/분리막/양극으로 이루어진 전극 적층체들을 길이가 긴 시트형 분리 필름으로 말거나 접어서 제조되는 전극 조립체를 말한다.

도 3(a)는 전극 조립체(10a)가 고분자 전해질을 포함하는 유연성 집전체(flexible current collector)를 포함할 수 있다. 유연성 집전체는 절곡 또는 굴곡이 가능하다. 유연성 집전체의 외주 형상은 평면상으로 원형, 타원형, 반원 또는 다각형 형상 등을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 구체적으로 육각형, 팔각형 등 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 더 나아가, 스택형, 권취형 또는 젤리-롤형 등으로 형성될 수 있다. 하우징(1)은 전극 조립체(10a)를 수용할 수 있다. 전극 조립체(10a)는 유연성 집전체를 포함하여, 절곡 또는 굴곡될 수 있는 바, 하우징(1)에 수용되는 형태는 한정되지 아니하고 하우징(1)의 크기 및 형상에 따라 달라질 수 있다. 본 발명에서는 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 유연성 집전체를 포함하는 전극 조립체(10a)가 원통형으로 형성된 모습이다.

구체적으로, 전극 조립체(10a)는 절곡 또는 굴곡되지 않은 형태로 하우징(1)에 수용되며, 하우징(1)의 크기 및 형상에 따라 유연하게 변형될 수 있다. 나아가, 하우징(1)에 장착될 때, 전극 조립체(10a)는 절곡 또는 굴곡된 형태로 장착될 수 있고, 절곡 또는 굴곡된 상태로 장착된 경우에는, 단계적으로 절곡 또는 굴곡된 형태로 변형될 수 있음은 물론이다. 구체적으로, 전극 조립체(10a)는 하우징(1)에 한번 이상 절곡 또는 굴곡된 형태로 장착될 수 있다. 또한, 전극 조립체(10a)을 고분자 전해질을 포함하고 있으므로, 전해액을 주입하는 공정이 불필요하다. 이에 따라, 하우징(1) 제조 시, 전해액을 주입할 필요가 없으므로, 공정이 단순화될 수 있다.

도 3(b)는 하우징(1)이 파우치(Pouch)에 전극 조립체를 넣고 밀봉한 파우치형 전극조립체(10b)를 수용한 모습을 도시한 도면이다. 파우치형 전극 조립체(10b)는 파우치에 수용된 다음에 전해액을 넣고 나머지 부분을 진공 실링하면 파우치형으로 형성된다. 이를, 적층하여 하나의 이차 전지 모듈이 구성될 수 있다. 따라서, 이차 전지 모듈로 구성된 파우치형 전극조립체(10b)는 하우징(1)에 장착할 수 있다. 따라서, 파우치형 전극조립체(10b)는 하우징(1)과 밀착되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 부피 에너지밀도가 향상될 수 있다.

한편, 리튬 이차 전지는 충방전이 반복됨에 따라 전지 내부에 전해액이 소모되게 되는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전극 조립체(10b)는 여분의 전해액을 저장할 수 있다. 이는, 하우징(1) 내에 파우치형 전극 조립체(10b)를 수용한 후 추가로 전해액을 주액할 수 있다. 이에 따라, 충전 및 방전에 의해 전해액이 소모되는 경우, 하우징(1) 내에 저장된 전해액이 사용될 수 있다. 더 나아가, 하우징(1) 내에는 전해액이 저장될 수 있는 전해액 저장부(미도시)가 따로 마련될 수 도 있다. 전해액 저장부는 파우치형 전극 조립체(10b)와 접촉하는 부분에 형성될 수 있으며, 그 형상은 제한되지 않는다. 따라서, 전해액 보충을 통해서 이차 전지의 수명 및 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 전해액 보충에 소모되는 시간 및 비용을 줄일 수 있다.

도 3(c)는 하우징(1)은 각형 전극 조립체(10c)를 수용할 수 있다. 도 3(c)에 도시된 각형으로 형성된 전극 조립체(10c)는 일 방향으로 와인딩 되어 하우징(1)에 수용될 수 있다. 하우징(1)에 수용되는 각형 전극 조립체(10c)의 배치는 도 3(b)에 도시된 파우치형 전극 조립체(10b)와 상이할 수 있다.

따라서, 하우징(1)은 다양하게 형성된 전극조립체(10a, 10b, 10c)를 수용할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차전지 적층제(100)의 모습을 도시한 도면이다. 이하, 본 설명에서는 적층체(100)라 지칭한다. 여기서, 제1 하우징(la) 및 제2 하우징(1b), 제1 전극 조립체(10') 및 제2 전극 조립체(10'')의 제1 및 제2 의 의미는 하우징 및 전극 조립체의 개수를 한정하는 의미가 아니라, 서로 다른 하우징 및 전극 조립체를 구별하거나 구별하는 의미에 지나지 않고, 하우징 및 전극 조립체는 복수 개 일 수 있다.

도 4(a)는 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)이 적층된 모습을 도시한 도면이다. 도 4(b)는 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)이 배열된 모습을 도시한 도면이다. 적층체(100)를 구성하기 위해 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)은 적층될 수 있으며, 배열될 수도 있다.

도 4를 참조하면, 제1 전극 조립체(10')를 수용하는 다면체 형상의 제1 하우징(1a), 제2 전극 조립체(10'')를 수용하는 다면체 형상의 제2 하우징(1b) 및 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)을 서로 고정시키는 고정부재(40)를 포함하고, 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)이 접촉되어, 제1 하우징(1a)의 일면과 제2 하우징(1b)의 일면이 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다.

제1 하우징(1a)은 육면체로 형성될 수 있으며, 육면체는 직육면체 또는 정육면체를 포함할 수 있다. 육면체의 3면은 양극면이고, 육면체의 다른 3면은 음극면으로 마련될 수 있다. 제2 하우징(1b)은 육면체로 형성될 수 있으며, 육면체는 직육면체 또는 정육면체를 포함할 수 있다. 육면체의 3면은 양극면이고, 육면체의 다른 3면은 음극면으로 마련될 수 있다. 하지만 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 오각뿔, 사각뿔대 등 면의 개수가 6개인 경우 모두를 포함할 수 있다.

제1 하우징(1a)은 제1 전극 조립체(10')를 수용할 수 있으며, 제1 전극 조립체(10')는 제1 하우징(1a) 내에서 보다 안정적으로 형태를 유지할 수 있다. 나아가, 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)을 적층하여 하나의 모듈로 구성시, 제1 하우징(1a)은 제1 전극 조립체(10')를 수용 후 적층되기 때문에, 제1 전극 조립체(10')는 제1 하우징(1a) 내에서 그 형태를 유지시킬 수 있다. 제2 하우징(1b)은 제1 하우징(1a)과 마찬가지인 바 자세한 설명은 생락한다. 또한, 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)는 제1 전극 조립체(10')와 제2 전극 조립체(10'')의 형상에 부합하는 수용공간 구현함으로써, 단위 부피당 밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 제1 하우징(1a)의 일면(예를들면, 양극면)과 제2 하우징(1b)의 일면(예를 들면, 음극면)의 접촉만으로 이차 전지 모듈이 구성될 수 있다. 따라서, 이차 전지 모듈 제조 시, 공정이 단순화 될 수 있으며 비용을 줄일 수 있다.

제1 전극 조립체(10')와 제2 전극 조립체(10'')는 스택형, 권취형 또는 젤리-롤형 등 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 제1 전극 조립체(10')와 제2 전극 조립체(10'')는 전술한 전극 조립체(10)와 같으므로 더 이상의 설명은 생략한다.

도 4를 참조하면, 적층체(100)는 각각의 하우징(1a, 1b)이 적층되면서 전기적으로 연결되지 않는 면이 발생될 수 있다. 즉, 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)이 직렬 또는 병렬 연결 시, 양극면(20; 20' 및 20'')과 음극면(30; 30' 및 30'') 중 전기적으로 연결되지 않는 면은 비활성화될 수 있다.

이에 따라, 적층체(100)를 구성하고 있는 하우징(1a, 1b)의 연결을 단선 시킬 수 있으며, 이를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)을 적층 시, 제1 하우징(1a)의 제1 양극면(20')과 제2 하우징(1a)의 제2 음극면(30'')이 접촉되어 적층체(100)가 구성될 수 있다. 이에 따라, 제1 하우징(1a)의 제1 음극면(30')과 제2 하우징(1b)의 제2 양극면(20'')은 전기적으로 연결되지 않는 면일 수 있다. 따라서, 제1 음극면(30')과 연결되는 제1 전극 조립체(10a)의 연결이 단선될 수 있다. 제2 양극면(20'')과 연결되는 제2 전극 조립체(10b)의 연결이 단선될 수 있다. 따라서, 전기적으로 연결되지 않는 면은 비활성화될 수 있다. 더 나아가, 전기적으로 연결되지 않는 면에는 배선이 설치되되, 단선(disconnect) 및 단선 해제(connect)를 행하고자 하는 배선에 선택적으로 설치될 수 있다.

또한, 이를 행하기 위한 스위치(미도시)가 마련될 수 있다. 스위치는 반도체 스위치 또는 기계적 릴레이 스위치 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 전기적 연결을 제어할 수 있는 스위치 수단이라면 어떠한 것이라도 사용이 가능하다. 예를 들면, 적층체(100)는 적어도 두(2)개의 하우징이 적층되어 구성될 수 있다. 따라서, 스위치는 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)이 접촉하는 양극면 및 음극면을 제외한 양극면 또는 음극면에 마련될 수 있다. 또한, 적층체(100)와 또 다른 적층체(100) 사이에 마련될 수 있다.

또한, 스위치는 소정의 간격주기로 배치될 수 있다. 여기서 간격주기는 스위치가 설치되는 간격을 의미한다. 예를 들어, 간격주기가 2라면, 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)을 하나의 단위로 구성되어, 그 단위 사이에 설치되는 것을 의미한다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 스위치는 적층체(100)가 위치한 외부에 마련될 수 있다. 나아가, 스위치는 안전성, 충전 용량 등 필요에 따라 조절될 수 있음은 물론이다. 스위치를 조절하기 위한 스위치 제어모듈이 마련될 수 있다.

적층체(100)를 구성하고 있는 제1 하우징(1a) 및 제2 하우징(1b)이 적층 시, 전기적으로 연결되지 않는 면에 절연부재(미도시)가 부착될 수 있다. 절연부재는 제1 하우징(1a) 및 제2 하우징(1b)의 일면 또는 전체면에 걸쳐 부착될 수 있다. 절연부재라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다.

또한, 적층체(100)를 구성하고 있는 제1 하우징(1a) 및 제2 하우징(1b)이 적층 시, 이를 고려하여 양극면 또는 음극면의 일부를 비활성화시켜서 제작될 수 있다. 전술한 전기적으로 단선 및 절연부재를 이용하여 적층체(100)를 제작할 수 있다. 이에 따라, 적층체(100)는 연결되지 않는 면의 일부가 비활성화 될 수 있다. 따라서, 적층체(100)를 구성하는 하우징(1a, 1b)이 전기적으로 연결되지 않는 면이 비활성되면서 불필요한 전력 소모를 최소화 시킬 수 있다.

도 4를 참조하면, 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)을 서로 고정시키기 위한 고정부재(40)가 마련될 수 있다. 고정부재(40)는 볼트 또는 케이블 타이 등을 포함할 수 있다. 고정부재(40)는 도 4에 도시된 바와 같이, 고정부재는(40)는 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)을 연결시키는 볼트 체결될 수 있다. 볼트는 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)을 서로 고정시킬 수 있다. 제1 하우징(1a)의 일면에 볼트가 삽입될 수 있는 제1 체결부(미도시)가 형성될 수 있다. 제1 체결부는 체결홀을 포함할 수 있다. 제2 하우징(1b)의 일면에 볼트가 삽입될 수 있는 제2 체결부(미도시)가 형성될 수 있다. 제2 돌출부는 체결홀을 포함할 수 있다. 이에 따라, 볼트는 제1 체결홀 및 제2 체결홀을 차례로 관통하여 삽입될 수 있으며, 고정될 수 있다.

또한, 고정부재는(40)는 케이블타이(cable tie, 미도시)를 포함할 수 있다. 케이블타이는 전선 등을 묶기 위해 사용되는 결속띠이다. 케이블 타이는 적층체(100)를 고정시킬 수 있다. 예를 들면, 적층체(100)의 최외각 면의 둘레를 따라 케이블타이로 감아 고정될 수 있다. 이에 따라, 각각의 하우징(1a, 1b)이 적층된 상태에서 고정될 수 있다. 또한, 케이블 타이는 각각은 하우징(1a, 1b)을 적층시킬 때, 접촉되는 양극면 및 음극면의 접촉저항을 최소화하기 위해 일정 압력으로 가압하면서 고정시킬 수 있다. 케이블 타이로 적층체(100) 전체를 고정시키는 고정부재(40)에 대해서만 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 케이블 타이는 복수의 하우징(1a, 1b)이 열로 배열된 경우에도 고정시킬 수 있으며, 그 열로 배열된 복수의 하우징(1a, 1b)을 적층시켜 고정시킬 수 있음은 물론이다.

도 5는 제1 하우징(la)의 제1 양극면(20')에 결합돌기(50)가 제2 하우징(1b)의 제2 음극면(30')에는 결합홈(52)이 마련된 모습을 도시한 단면도이다. 도 5를 참조하면, 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)을 고정시키기 위해 제1 하우징(1a)의 일면에 일정길이로 돌출되는 결합돌기(50)가 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 양극면(20')및 제1 음극면(30') 은 면의 형상으로 마련될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 결합돌기(50)는 제1 하우징(1a)의 제1 양극면(20') 또는 제1 음극면(30')에 마련될 수 있다. 또한, 결합돌기(50)는 제2 하우징(1b)의 제2 양극면(20'') 또는 제2 음극면(30'')에 마련될 수 있다. 결합홈(52)은 제1 하우징(1a)의 제1 양극면(20') 또는 제1 음극면(30')에 마련될 수 있다. 또한, 결합돌기(50)는 제2 하우징(1b)의 제2 양극면(20'') 또는 제2 음극면(30'')에 마련될 수 있다.

예를 들면, 제1 하우징(1a)에 결합돌기(50)가 형성될 수 있으며 이에 따라, 제2 하우징(1b)의 일면에는 결합돌기(50)가 삽입될 수 있는 결합홈(52)이 형성될 수 있다. 결합홈(52)은 결합돌기(50)와 마주하는 일면에 마련될 수 있다. 결합돌기(50)는 결합홈(52)에 삽입되어 고정결합될 수 있다. 따라서 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)을 고정될 수 있다. 결합돌기(50)는 사각형상으로 형성될 수 있으며 나아가, 삼각형, 다각면체 등 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 또한, 결합돌기(50)는 양극면(20) 또는 음극면(30)의 일부분 및 중앙부 또는 중앙부로부터 이격되어 하나 또는 두(2) 개 이상이 마련될 수 있다. 결합홈(52)은 결합돌기(50)의 형상 및 개수에 따라 이를, 수용할 수 있는 홈이 변형됨은 물론이다.

또한, 제1 하우징(1a)과 제2 하우징(1b)을 서로 고정시키기 위한 클랭핑 장치(미도시)가 마련될 수 있다.

따라서, 적층체(100)를 고정시키기 위해서는 다양한 고정부재(40)들이 마련될 수 있다. 고정부재(40)를 통해 적층체(100)의 적층 형태를 안정적으로 유지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 적층체(100)의 모습을 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 적층체(100)는 원하는 형태로 제조 가능하다.

전기자동차에 사용될 수 있는 이차 전지를 복수개의 하우징(1)으로 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결시킬 수 있다. 적층체(100)는 충방전이 가능하며, 적층체(100)를 구성하는 하우징(1a, 1b)의 개수 및 연결형태는 다양하게 변형이 가능하다. 또한, 적층체(100)에는 전극 조립체(10', 10'')의 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 전극 조립체(10', 10'')의 전기적인 흐름을 제어하는 배터리 관리 시스템(미도시, BMS; Battery Management System)이 마련될 수 있다. 나아가, 적층체(100)의 일측에는 직렬 또는 병렬로 연결된 복수개의 하우징(1a, 1b)을 외부 장치와 전기적으로 연결시키도록 서로 다른 극성으로 이루어진 연결부(미도시)를 포함할 수 있다. 적층체(100)를 구성하는 복수개의 하우징(1a, lb)은 전기적으로 연결되어 연결부에 연결되고, 연결부는 외부에 위치한 전자기기와 연결되어 복수개의 하우징(1a, 1b)에서 발생하는 전기적인 에너지를 외부 전자기기로 전달하는 통로로 작용될 수 있다.

또한, 적층체(100)는 복수개의 하우징(1a, 1b)의 안전성을 향상시키기 위해서는 보호부재를 더 포함할 수 있다. 외부의 수분 또는 가스 등이 하우징(1a, 1b) 측으로 침투하는 것을 방지하기 위한 금속 층일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 하우징(1a, lb)이 적층되어 적층체(100)를 구성한 후 이를 충전 및 방전 시, 적층체(100) 내에는 열이 발생되거나 소멸될 수 있으며, 이는 적층체(100)를 구성하고 있는 복수개의 하우징(1a, 1b)의 팽창 또는 수축을 수반한다. 적층체(100)를 구성하는 있는 복수개의 하우징(1a, 1b)의 개수가 많을수록 팽창 또는 수축되는 정도가 달라질 수 있다. 따라서, 충전 및 방전 시, 하우징(1a, 1b)은 하우징(1a, 1b) 내에 위치한 전극 조립체(10', 10'')에 발생되는 팽창을 억제시킬 수 있는 탄성부재(미도시)를 포함할 수 있다. 나아가, 전극 조립체(10', 10'')를 사용중에 발생되는 열을 외부로 배출시키는 냉각부재(미도시)를 포함할 수 있다. 복수개의 하우징(1a, 1b)은 높은 전류로 충전 및 방전하는 경우 직렬 및 병렬로 연결된 단자에서 저항에 의한 열이 발생하는데, 높은 전류의 조건일수록 발생하는 온도가 더 높아지게 되므로, 복수개의 하우징(1a, 1b)은 내열성이 있는 재질로 사용될 수 있다. 더욱이, 하우징(1a, 1b)의 재질에 따라 냉각 효과는 상이하게 작용될 수 있다. 더 나아가, 하우징(1a, 1b)은 전도체로 형성될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 합금으로 형성될 수 있으며, 이와 같은 경우 고온에서 변형이 없기 때문에 전극 조립체(10', 10'')가 팽창 시 성능을 유지시킬 수 있다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1: 이차전지
10: 전극조립체
12: 제1 전극탭
14: 제2 전극탭
20, 20a, 20b: 양극면
30, 30a, 30b: 음극면
40: 고정부재
50: 결합돌기
52: 결합홈
100: 적층체

Claims

전극조립체;
상기 전극조립체에 연결된 제1 전극탭;
상기 전극조립체에 연결되고 상기 제1 전극탭과 극성을 달리하는, 제2 전극탭; 그리고
상기 전극조립체를 수용하는 다면체 형상의 하우징을 포함하고,
상기 하우징은,
상기 하우징의 골격을 형성하는 하우징 프레임;
상기 하우징 프레임에 결합되고 상기 제1 전극탭에 연결되며, 상기 다면체의 적어도 일 면에 배치되는 적어도 하나의 양극면; 그리고
상기 하우징 프레임에 결합되고, 상기 제2 전극탭에 연결되며, 상기 다면체의 나머지 면에 배치되는 적어도 하나의 음극면을 포함하는,
이차 전지.
청구항 1에 있어서,
상기 적어도 하나의 양극면은 면 전체가 양극으로 형성되고,
상기 적어도 하나의 음극면은 면 전체가 음극으로 형성되는, 이차 전지.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징은 육면체로 형성되는, 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 양극면은,
상기 하우징 프레임에서 돌출되거나 오목하고,
상기 적어도 하나의 음극면은,
상기 적어도 하나의 양극면이 상기 하우징 프레임에서 돌출된 경우 상기 하우징 프레임에서 오목하고, 상기 적어도 하나의 양극면이 상기 하우징 프레임에서 오목한 경우 상기 하우징 프레임에서 돌출된,
이차 전지.
제3항에 있어서,
상기 적어도 하나의 양극면은,
상기 육면체의 3면에 배치되고,
상기 적어도 하나의 음극면은,
상기 육면체의 나머지 3면에 배치되는,
이차 전지.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징에 연결된 스위치를 더 포함하고,
상기 스위치는,
상기 제1 전극탭과 상기 적어도 하나의 양극면 사이를 연결하는 제1 스위치; 그리고
상기 제2 전극탭과 상기 적어도 하나의 음극면 사이를 연결하는 제2 스위치를 포함하는,
이차 전지.
제1 이차 전지;
제2 이차 전지; 그리고,
상기 제1 이차 전지와 상기 제2 이차 전지를 서로 고정시키는 고정부재;를 포함하고,
상기 제1 이차 전지와 상기 제2 이차 전지 각각은,
전극조립체;
상기 전극조립체에 연결된 제1 전극탭;
상기 전극조립체에 연결되고 상기 제1 전극탭과 극성을 달리하는, 제2 전극탭; 그리고
상기 전극조립체를 수용하는 다면체 형상의 하우징을 포함하고,
상기 하우징은,
상기 하우징의 골격을 형성하는 하우징 프레임;
상기 하우징 프레임에 결합되고 상기 제1 전극탭에 연결되며, 상기 다면체의 적어도 일 면에 배치되는 적어도 하나의 양극면; 그리고
상기 하우징 프레임에 결합되고, 상기 제2 전극탭에 연결되며, 상기 다면체의 나머지 면에 배치되는 적어도 하나의 음극면을 포함하며,
상기 제1 이차 전지의 상기 하우징의 일면과 상기 제2 이차 전지의 상기 하우징의 일면은 서로 접하여 연결되는,
이차 전지 적층체.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 이차 전지와 상기 제2 이차 전지 각각은, 육면체로 형성되는, 이차 전지 적층체.
제7항에 있어서,
상기 적어도 하나의 양극면은,
상기 하우징 프레임에서 돌출되거나 오목하고,
상기 적어도 하나의 음극면은,
상기 적어도 하나의 양극면이 상기 하우징 프레임에서 돌출된 경우 상기 하우징 프레임에서 오목하고, 상기 적어도 하나의 양극면이 상기 하우징 프레임에서 오목한 경우 상기 하우징 프레임에서 돌출된,
이차 전지 적층체.
제8항에 있어서,
상기 적어도 하나의 양극면은,
상기 육면체의 3면에 배치되고,
상기 적어도 하나의 음극면은,
상기 육면체의 나머지 3면에 배치되는,
이차 전지 적층체.
청구항 10에 있어서,
상기 제1 이차 전지의 상기 적어도 하나의 양극면과 상기 적어도 하나의 음극면 중 상기 제2 이차 전지와 전기적으로 연결되지 않는 면은 비활성화 되는, 이차 전지 적층체.
청구항 11에 있어서,
상기 적어도 하나의 양극면과 상기 적어도 하나의 음극면은 절연부재 부착 또는 전기적으로 단선시켜 비활성화 되는, 이차 전지 적층체.
제7항에 있어서,상기 제1 이차 전지와 상기 제2 이차 전지 각각은,
상기 하우징에 연결된 스위치를 더 포함하고,
상기 스위치는,
상기 제1 전극탭과 상기 적어도 하나의 양극면 사이를 연결하는 제1 스위치; 그리고
상기 제2 전극탭과 상기 적어도 하나의 음극면 사이를 연결하는 제2 스위치를 포함하는,
이차 전지 적층체.