KR102595153B1 - 이차전지용 절연판 및 그 절연판을 포함하는 이차전지 - Google Patents

이차전지용 절연판 및 그 절연판을 포함하는 이차전지 Download PDF

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Abstract

이차전지용 절연판 및 그 절연판을 포함하는 이차전지가 개시된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 이차전지용 절연판으로서, 몸체를 형성하는 몸체부; 상기 몸체부의 상면에 접착되는 완충부; 를 포함하고, 상기 완충부는, 상방으로 돌출되어 있는 복수의 돌기; 를 포함하고, 상기 몸체부의 재질과 상기 완충부의 재질이 서로 상이한 이차전지용 절연판이 제공된다.

Description

이차전지용 절연판 및 그 절연판을 포함하는 이차전지{Insulator for secondary battery and secondary battery including the same}
본 발명은 이차전지용 절연판 및 그 절연판을 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 종래에 비해 전극 조립체에 가해지는 충격을 최소화할 수 있는 이차전지용 절연판 및 그 절연판을 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 그 구조에 따라 파우치형 이차전지, 원통형 이차전지, 각형 이차전지 등으로 구별될 수 있다.
이차전지의 내부에는 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체가 구비되는데 전극 조립체의 상부 또는 하부에는 절연판(insulator)이 구비될 수 있다.
절연판은 전극 조립체를 다른 구성으로부터 전기적으로 절연하는 역할을 수행하는데, 종래 기술에 따르면 이차전지의 사용 과정에서 절연판과 전극 조립체 간의 충돌, 또는, 전극 조립체와 인접한 다른 구성들과 전극 조립체 간의 충돌로 인해 전극 조립체에 충격이 가해지는 문제가 발생하였다. 특히, 외부로부터 이차전지에 진동을 가하는 경우 전극 조립체에 지속적으로 가해지는 충격으로 인해 이차전지의 내구성이 떨어지는 문제점이 발생하였다. 예를 들어, 전극 조립체에 충격 또는 진동이 가해지는 경우, 전극 조립체의 전극탭이 원래 위치에서 이탈하여 이차전지가 정상적으로 작동하지 못하는 등의 문제점이 발생하였다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 외부의 충격 또는 진동으로 인해 전극 조립체에 가해지는 충격을 최소화함으로써 이차전지의 내구성을 향상시키는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 이차전지용 절연판으로서, 몸체를 형성하는 몸체부; 상기 몸체부의 상면에 접착되는 완충부; 를 포함하고, 상기 완충부는, 상방으로 돌출되어 있는 복수의 돌기; 를 포함하고, 상기 몸체부의 재질과 상기 완충부의 재질이 서로 상이한 이차전지용 절연판이 제공된다.
상기 완충부는 탄성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
상기 완충부는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate), 폴리프로필렌(polypropylene), 퍼플로오로알콕시(perfluoroalkoxy) 또는 고무 재질을 포함할 수 있다.
상기 복수의 돌기들의 수평 단면은 기다란 막대 형상을 가질 수 있다.
상기 복수의 돌기들의 수평 단면은 원 또는 타원 형상을 가질 수 있다.
상기 복수의 돌기들은 상기 완충부의 하부 영역에 의해 서로 연결됨으로써, 상기 복수의 돌기들은 일체로 형성될 수 있다.
상기 복수의 돌기들 사이에는 상기 몸체부의 상면이 외부에 노출됨으로써, 상기 복수의 돌기들은 서로 별개로 형성될 수 있다.
상기 복수의 돌기의 표면 중 상부 영역은 곡면으로 이루어질 수 있다.
상기 복수의 돌기들은, 상기 수평 단면의 막대 형상이 제1 방향(D1)으로 연장되는 제1 돌기들; 및 상기 수평 단면의 막대 형상이 제2 방향(D2)으로 연장되는 제2 돌기들; 을 포함할 수 있다.
상기 제1 방향(D1)과 상기 제2 방향(D2)은 서로 수직일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상부가 개방된 구조를 갖는 전지 캔; 상기 전지 캔의 상부에 결합되는 탑 캡; 상기 전지 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체 및 상기 전극 조립체의 상면 또는 하면과 마주보도록 구비되는 상기 이차전지용 절연판; 을 포함하는 이차전지가 제공된다.
상기 절연판은, 상기 전극 조립체의 상면과 마주보는 상부 절연판; 및 상기 전극 조립체의 하면과 마주보는 하부 절연판; 을 포함하고, 상기 상부 절연판의 상기 복수의 돌기 및 상기 하부 절연판의 상기 복수의 돌기는 각각 상기 전극 조립체를 향하도록 구비될 수 있다.
본 발명에 따르면, 외부의 충격 또는 진동으로 인해 전극 조립체에 가해지는 충격을 최소화함으로써 이차전지의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 절연판의 구조의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 절연판의 구조의 일 예를 확대 도시한 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 절연판의 구조의 다른 예를 확대 도시한 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 절연판의 구조의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 절연판의 구조의 일 예를 확대 도시한 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 절연판의 구조의 다른 예를 확대 도시한 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지용 절연판의 구조의 일 예를 도시한 사시도이다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명에 따른 이차전지 및 이차전지용 절연판의 구조를 설명하도록 한다. 한편, 본 발명에 따른 이차전지는 원통형 이차전지 또는 각형 이차전지에 적용될 수 있다.
이차전지 및 이차전지용 절연판
도 1은 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이차전지(10)는 상부가 개방된 구조를 갖는 전지 캔(100), 및 전지 캔(100)의 상부에 결합되는 탑 캡(200)을 포함할 수 있다.
전지 캔(100)의 내부에는 전극 조립체(300)가 수용될 수 있다. 전극 조립체(300)는 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 가질 수 있다.
전극 조립체(300)에는 외부로 돌출된 형상의 전극탭(310, 320)이 형성될 수 있다. 도 1에는 전극 조립체(300)의 상부에 돌출된 제1 전극탭(310) 및 전극 조립체(300)의 하부에 돌출된 제2 전극탭(320)이 형성된 경우가 도시되어 있다.
계속해서 도 1을 참고하면, 탑 캡(200)의 하부에는 전류 차단 부재(400)가 구비될 수 있고, 전류 차단 부재(400)의 하부에는 안전 벤트(500)가 구비될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전류 차단 부재(400)의 상면 중 주변부는 탑 캡(200)의 하면 중 주변부에 밀착 구비될 수 있고, 안전 벤트(500)의 상면 중 주변부는 전류 차단 부재(400)의 하면 중 주변부에 밀착 구비될 수 있다. 전류 차단 부재는 예를 들어, PTC 소자일 수 있다. 안전 벤트(500)는 제1 전극탭(310)과 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 이차전지(10)는 전극 조립체(300)의 상면 또는 하면과 마주보도록 구비되는 이차전지용 절연판(600, 이하, '절연판'이라 부르기로 한다)을 포함할 수 있다. 이하, 본 명세서에서는 전극 조립체(300)의 상면과 마주보는 절연판을 상부 절연판(610)이라 부르고, 전극 조립체(300)의 하면과 마주보는 절연판을 하부 절연판(620)이라 부르기로 한다. 도 1에는 상부 절연판(610)과 하부 절연판(620)이 모두 구비된 경우가 도시되어 있지만, 이와 달리, 본 발명에 따른 이차전지(10)는 상부 절연판(610) 또는 하부 절연판(620)만을 구비할 수도 있다. 또한, 상부 절연판(610) 또는 하부 절연판(620)은 각각 전극 조립체(300)의 상면 또는 하면과 밀착되어 있을 수 있지만, 그와 달리, 전극 조립체(300)로부터 소정의 간격만큼 이격되어 있을 수도 있다. 후술할 바와 같이 절연판(600)에는 복수의 돌기(604a, 도 2 내지 도 8 참조)들이 형성될 수 있는데, 본 발명에 따른 이차전지(10)에 상부 절연판(610)이 구비되는 경우, 상부 절연판(610)의 복수의 돌기가 전극 조립체(300)를 향하도록 상부 절연판(610)이 구비될 수 있고, 본 발명에 따른 이차전지(10)에 하부 절연판(620)이 구비되는 경우, 하부 절연판(620)의 복수의 돌기가 전극 조립체(300)를 향하도록 하부 절연판(620)이 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 절연판의 구조의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 절연판(600)은, 몸체를 형성하는 몸체부(602), 및 몸체부(602)의 상면에 접착되는 완충부(604)를 포함할 수 있다. 완충부(604)는 외부에서 이차전지 또는 전극 조립체에 충격 또는 진동이 가해질 때 전극 조립체에 가해지는 충격을 흡수하는 구성일 수 있다. 한편, 절연판(600)의 중앙부에는 홀(H)이 형성될 수 있다.
또한, 절연판(600)은 전극 조립체(300)를 다른 구성으로부터 전기적으로 절연하는 역할을 수행하는 구성이므로, 절연판(600) 중 전극 조립체(300)와 마주보거나 직접 접촉하는 영역은 전기 절연성을 갖는 재질로 이루어질 필요가 있다.
따라서, 전극 조립체에 가해지는 충격을 효과적으로 흡수하면서도 전극 조립체가 다른 구성으로부터 전기적으로 절연될 수 있도록, 절연판(600)의 완충부(604)는 전기 절연성을 갖되 탄성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 완충부(604)는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate), 폴리프로필렌(polypropylene), 퍼플로오로알콕시(perfluoroalkoxy) 또는 고무 재질을 포함하거나 그러한 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 절연판(600)에서 몸체부(602)의 재질은 완충부(604)의 재질과 서로 상이할 수 있다. 몸체부(602)는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 몸체부(602)는 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다. 몸체부(602)가 금속 재질로 이루어지는 경우에는 절연판(600)의 전체적인 강성이 증가하게 되므로, 외부의 충격이 가해지더라도 절연판(600)의 형태가 변형되지 않은 상태로 절연판(600)의 역할을 정상적으로 수행할 수 있다. 이때, 절연판(600)의 강성이 보다 효과적으로 향상되기 위해서 몸체부(602)는, 완충부(604)의 표면에 금속 분말을 박막(thin film) 수준의 얇은 두께로 도포한 후 소결(sintering) 처리를 하는 방식 등으로 형성되는 것보다는, 일정한 두께를 갖는 평평한 금속판이 완충부(604)의 일면에 접합되는 방식으로 형성되는 것이 보다 바람직할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 절연판의 구조의 일 예를 확대 도시한 측단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 절연판의 구조의 다른 예를 확대 도시한 측단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 절연판(600)의 완충부(604)는 상방으로 돌출되어 있는 복수의 돌기(604a)를 포함할 수 있다. 복수의 돌기(604a)들은 전극 조립체(300, 도 1 참조)와 마주보는 구성일 수 있는데, 이차전지 또는 전극 조립체에 충격 또는 진동이 가해질 때, 완충부(604) 중에서도 복수의 돌기(604a)들이 전극 조립체에 가해지는 충격을 흡수함으로써 이차전지의 내구성이 향상될 수 있다.
이때, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 절연판(600)의 완충부(604)는 파동 형태의 물결 형상을 가질 수 있다. 이는, 완충부(604)의 복수의 돌기(604a)들의 수평 단면이 기다란 막대 형상을 갖는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예의 일 예에 따르면, 복수의 돌기(604a)들은 완충부(604)의 하부 영역에 의해 서로 연결됨으로써, 복수의 돌기(604a)들은 일체로 형성될 수 있다.
그러나, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예의 다른 예에 따르면, 복수의 돌기(604a)들은 서로 별개로 형성될 수도 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 돌기(604a)들 사이에는 몸체부(602)의 상면이 외부에 노출될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 절연판의 구조의 일 예를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 절연판의 구조의 일 예를 확대 도시한 측단면도이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 절연판의 구조의 다른 예를 확대 도시한 측단면도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 절연판(600)의 완충부(604)는 엠보싱(embossing) 형상을 가질 수 있다. 이는, 완충부(604)의 복수의 돌기(640a)들의 수평 단면이 원 또는 타원 형상을 갖는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예의 일 예에 따르면, 복수의 돌기(604a)들은 완충부(604)의 하부 영역에 의해 서로 연결됨으로써, 복수의 돌기(604a)들은 일체로 형성될 수 있다.
그러나, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예의 다른 예에 따르면, 복수의 돌기(604a)들은 서로 별개로 형성될 수도 있다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 돌기(604a)들 사이에는 몸체부(602)의 상면이 외부에 노출될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지용 절연판의 구조의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 절연판(600)의 완충부(604)는 파동이 서로 중첩된 형태의 물결 형상을 가질 수 있다. 이는, 완충부(604)의 복수의 돌기들(604a)들의 수평 단면이 기다란 막대 형상을 가지되, 복수의 돌기(604a)들은 수평 단면의 막대 형상이 제1 방향(D1)으로 연장되는 제1 돌기들, 및 수평 단면의 막대 형상이 제2 방향(D2)으로 연장되는 제2 돌기들을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 이때, 도 8에 도시된 바와 같이 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)은 서로 수직일 수 있다. 즉, 제1 돌기들과 제2 돌기들의 수평 단면의 막대 형상이 연장되는 방향은 서로 수직일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 완충부(604)에 형성되는 복수의 돌기의 표면 중 상부 영역은 곡면으로 이루어질 수 있다. 이로써, 전극 조립체와 완충부가 서로 접촉하더라도 전극 조립체가 복수의 돌기에 의해 손상되는 문제를 최소화할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
10 : 이차전지
100 : 전지 캔
200 : 탑 캡
300 : 전극 조립체
310 : 제1 전극탭
320 : 제2 전극탭
400 : 전류 차단 부재
500 : 안전 벤트
600 : 절연판
602 : 몸체부
604 : 완충부
604a : 돌기
610 : 상부 절연판
620 : 하부 절연판
H : 홀
D1 : 제1 방향
D2 : 제2 방향

Claims (12)

  1. 이차전지용 절연판으로서,
    몸체를 형성하는 몸체부;
    상기 몸체부의 상면에 접착되는 완충부; 를 포함하고,
    상기 완충부는,
    상방으로 돌출되어 있는 복수의 돌기; 를 포함하고,
    상기 몸체부의 재질과 상기 완충부의 재질이 서로 상이하며,
    상기 완충부가 전기절연성과 탄성을 갖는 재질로 이루어지고,
    상기 몸체부는 금속 재질로 이루어지며,
    상기 복수의 돌기들의 수평 단면은 기다란 막대 형상을 가지고,
    상기 복수의 돌기들은,
    상기 수평 단면의 막대 형상이 제1 방향(D1)으로 연장되는 제1 돌기들; 및
    상기 수평 단면의 막대 형상이 제2 방향(D2)으로 연장되는 제2 돌기들; 을 포함하며,
    절연판의 완충부는 파동이 서로 중첩된 형태의 물결 형상을 가지는 이차전지용 절연판.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에서,
    상기 완충부는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate), 폴리프로필렌(polypropylene), 퍼플로오로알콕시(perfluoroalkoxy) 또는 고무 재질을 포함하는 이차전지용 절연판.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에서,
    상기 복수의 돌기들은 상기 완충부의 하부 영역에 의해 서로 연결됨으로써, 상기 복수의 돌기들은 일체로 형성되는 이차전지용 절연판.
  7. 청구항 1에서,
    상기 복수의 돌기들 사이에는 상기 몸체부의 상면이 외부에 노출됨으로써, 상기 복수의 돌기들은 서로 별개로 형성되는 이차전지용 절연판.
  8. 청구항 1에서,
    상기 복수의 돌기의 표면 중 상부 영역은 곡면으로 이루어지는 이차전지용 절연판.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에서,
    상기 제1 방향(D1)과 상기 제2 방향(D2)은 서로 수직인 이차전지용 절연판.
  11. 상부가 개방된 구조를 갖는 전지 캔;
    상기 전지 캔의 상부에 결합되는 탑 캡;
    상기 전지 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체 및
    상기 전극 조립체의 상면 또는 하면과 마주보도록 구비되는 청구항 1에 따른 이차전지용 절연판; 을 포함하는 이차전지.
  12. 청구항 11에서,
    상기 절연판은,
    상기 전극 조립체의 상면과 마주보는 상부 절연판; 및
    상기 전극 조립체의 하면과 마주보는 하부 절연판; 을 포함하고,
    상기 상부 절연판의 상기 복수의 돌기 및 상기 하부 절연판의 상기 복수의 돌기는 각각 상기 전극 조립체를 향하도록 구비되는 이차전지.
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