KR102662717B1 - 곡면 바닥으로 이루어진 원통형 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극 및 음극 사이에 분리막이 개제되어 권취된 구조의 젤리-롤형 전극조립체;
상기 젤리-롤형 전극조립체와 전해액이 수납된 금속 소재의 원통형 전지케이스; 및
상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 위치하는 캡 어셈블리;
를 포함하고,
상기 원통형 전지케이스의 하면은 전체적으로 내측으로 오목한 곡면으로 이루어진 원통형 이차전지에 대한 것이다.
상기 젤리-롤형 전극조립체와 전해액이 수납된 금속 소재의 원통형 전지케이스; 및
상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 위치하는 캡 어셈블리;
를 포함하고,
상기 원통형 전지케이스의 하면은 전체적으로 내측으로 오목한 곡면으로 이루어진 원통형 이차전지에 대한 것이다.
Description
본 출원은 2017년 9월 20일자 한국 특허 출원 제 2017-0121346 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 곡면 바닥을 포함하는 원통형 이차전지에 대한 것으로서, 보다 상세하게는, 금속 소재의 원통형 캔 형상의 전지케이스에서 전극조립체가 수납되는 전지케이스의 하면에 전지케이스의 내측으로 오목한 형상의 곡면을 포함하는 원통형 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지는 다양한 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 분류되며, 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 있다.
이와 같이 고에너지 밀도를 갖는 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 금속 캔에 내장되어 원통형 이차전지를 구성할 수 있으며, 전기자동차, E-bike 등과 같이 고용량의 이차전지의 적용이 필요한 분야에서는 상기 원통형 이차전지가 널리 적용되어 사용되고 있다.
고용량 및 고출력의 이차전지의 필요성에 따라, 전극조립체의 수납 공간을 증가시키기 위하여 상기 원통형 이차전지 캔의 두께가 점차 얇아지게 되는 바, 전지 캔 내부에서 발생하는 가스에 의해 이차전지의 내압이 증가하는 경우, 전지 캔이 쉽게 폭발하게 된다. 특히, 전지 캔의 하단부에 내압이 집중되기 때문에 하단부가 파열되면서 폭발이 일어나는 확률이 높다.
이에, 원통형 이차전지의 전지 캔의 구조를 변경하여 이차전지의 안전성을 향상시키기 위한 노력이 이루어지고 있는 바, 특허문헌 1은 전지캔의 바닥부에 내측으로 돌출된 구조가 형성되어 있고 상기 돌출된 구조와 집전체가 용접되는 구조를 개시하며, 특허문헌 2는 젤리-롤형 전극조립체의 하면과 전지케이스의 바닥 사이에 집전판을 삽입하고, 상기 집전판과 전지케이스의 바닥 간에 용접이 이루어지는 이차전지를 개시하고 있으며, 특허문헌 3은 전지케이스의 하면에는 내면으로 돌출되는 볼록부가 형성되어 있고, 상기 볼록부의 내면에 리드판을 용착하는 이차전지를 개시하고 있다. 그러나, 상기 발명들은 전극조립체와 전지케이스의 전기적 연결에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있으나, 전지 캔 내부 압력이 증가함에 따라 전지 캔이 폭발하는 문제에 대한 해결 방안을 제시하지 못하고 있다.
이와 같이, 원통형 이차전지를 사용하는 경우, 전지의 용량을 증가하기 위하여 얇은 두께의 전지케이스를 사용하면서도 전지케이스가 쉽게 폭발되는 것을 방지할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하기 위하여, 원통형 이차전지를 구성하는 금속 소재의 원통형 전지케이스에서, 전극조립체가 수납되는 수납부의 하면에 전지케이스 내측으로 오목한 곡면이 포함되는 구조로 이루어지는 바, 전지케이스 내부에서 발생하는 가스에 의해 내압이 증가하는 경우, 가스로 인한 압력을 주변부로 분산시킴으로써, 전지케이스의 팽창을 지연시킬 수 있고 궁극적으로 전지케이스가 폭발하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전지케이스의 하면이 내측이 오목하기 때문에 전지케이스의 하면 외측면에 이차전지의 온도를 조절할 수 있는 열전도성 소재 등을 적용하더라도 이차전지의 전체적인 크기가 증가되지 않으면서, 방열 특성이 뛰어난 원통형 이차전지를 제공할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 양극 및 음극 사이에 분리막이 개제되어 권취된 구조의 젤리-롤형 전극조립체, 상기 젤리-롤형 전극조립체와 전해액이 수납된 금속 소재의 원통형 전지케이스, 및 상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 위치하는 캡 어셈블리를 포함하고, 상기 원통형 전지케이스의 하면은 전체적으로 내측으로 오목한 곡면 구조로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 원통형 전지케이스의 하면이 전체적으로 내측으로 오목한 곡면 구조이며, 구체적으로, 돔형 구조로 이루어지는 바, 이차전지의 사용 과정에서 전지케이스 내부에서 발생하는 가스에 의해 이차전지의 내압이 증가하더라도, 상기 가스에 의한 압력이 전지케이스 하면의 중심부뿐 아니라 외주변으로도 분산되기 때문에, 전지케이스의 하면에 곡면이 형성되지 않은 이차전지와 비교할 때, 더 높은 내압에도 전지케이스가 팽창되지 않는 바, 전지케이스의 팽창에 따른 폭발을 방지할 수 있다.
따라서, 고출력 고용량의 원통형 이차전지에 대한 요구가 높아짐에 따라, 전지케이스의 두께가 얇은 원통형 이차전지를 사용하더라도 상기와 같이 원통형 전지케이스의 하면이 전체적으로 내측으로 오목한 곡면이 형성된 원통형 이차전지를 사용하는 경우에는, 전지케이스의 폭발에 대한 안전성을 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 원통형 이차전지는, 전지케이스의 내측으로 오목한 곡면이 형성된 하면을 포함하는 바, 상기 전지케이스의 오목한 부분에는 이차전지의 기능을 향상시키기 위한 별도의 부재를 추가적으로 적용이 가능하다. 예를 들면, 상기 전지케이스의 하면에는 열전도성 부재가 부가될 수 있는 바, 열전도성이 높은 소재로 이루어진 열전도성 부재를 적용하는 경우, 가열된 이차전지의 열에너지를 전지케이스 외측으로 빠르게 배출할 수 있으며,
이차전지가 저온 환경에 노출되더라도, 이차전지 내부에서 발생하는 열에너지로 인하여 이차전지가 냉각되는 것을 방지할 수 있는 바, 이차전지의 성능이 저하되는 문제를 해결할 수 있다.
상기 열전도성 부재는 높은 열전도성을 갖는 소재라면 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니며, 열전도성 물질은 고체상 또는 액체상으로 이루어질 수 있다. 상기 열전도성 물질이 고체상인 경우에는 접착층을 통해 전지케이스에 부착되는 구조일 수 있으며, 액체상인 경우에는 파우치에 액체상의 열전도성 물질이 내장되는 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 열전도성 부재는 고체상 실리콘의 일측면에 접착층이 부가된 구조로서 상기 실리콘이 부착된 접착층의 타면이 전지케이스의 하면에 부가되는 형태로 이루어지는 실리콘 패드일 수 있다.
상기 열전도성 부재를 상기 전지케이스에 부가함에 따라, 전체적인 이차전지의 크기가 증가하여 단위 부피 당 전지의 용량이 저하되는 것은 바람직하지 않은 바, 상기 열전도성 부재는 전지케이스의 사공간에 부가되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 열전도성 부재는 상기 전지케이스의 오목한 곡면 내부에 위치할 수 있으며, 구체적으로, 전지케이스의 하면 외측면에 접착에 의해 부착될 수 있다.
즉, 상기 열전도성 부재는 상기 전지케이스와 대면하는 면에 접착층이 부가된 구조일 수 있으며, 상기 이차전지의 조립 후에 상기 열전도성 부재를 부착하는 방법으로 부착이 이루어질 수 있다.
일반적으로, 원통형 이차전지는 내부에 젤리-롤형 전극조립체가 수납되고, 상기 젤리-롤형 전극조립체의 양극 탭 또는 음극 탭 중 어느 하나는 전지케이스의 하면에 부착되는 구조로 이루어진다.
따라서, 상기 전지케이스의 하면 중심은 평탄부를 포함하는 구조로 이루어질 수 있고, 상기 평탄부에는 전극 탭이 결합될 수 있다.
이와 같이, 전지케이스의 하면에 곡면을 포함하는 원통형 이차전지에 있어서, 상기 하면 중심부에 평탄부를 포함하는 경우에는, 상기 평탄부와 전극 탭을 용접으로 결합할 수 있는 바, 전극 탭 용접에 대한 신뢰성이 향상될 수 있다. 또한, 곡면부에 전극 탭을 용접하는 것과 비교할 때 용접 강도가 증가될 수 있는 바, 전극 탭이 전지케이스로부터 분리되는 것을 방지할 수 있으므로, 안전성이 향상된 이차전지를 제공할 수 있다.
상기 전지케이스 하면의 곡면은 반구 형상으로 이루어질 수 있으나, 전지케이스의 하면 외주변에서 중심부로 갈수록 곡률반경이 증가하는 구조로 이루어질 수 있고, 상기 전지케이스의 하면 중심부에 평탄부를 포함하는 구조인 경우에는, 상기 전지케이스의 중심부에서의 곡률반경은 무한대가 될 것이다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 젤리-롤형 전극조립체는 중심부와 외주변의 축 방향 길이가 동일한 구조로 이루어질 수 있는 바, 축 방향 길이가 균일한 전체적으로 원통형 구조로 이루어질 수 있다. 이와 같은 경우, 전지케이스의 하면과 전극조립체의 하면 중심부만 인접하게 위치하고, 전극조립체의 하면 외주변은 전지케이스의 하면과 이격된 상태로 위치하게 된다.
다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 젤리-롤형 전극조립체는, 상면은 평면 구조이고 하면은 전지케이스의 하면과 대응되는 오목한 구조로 이루어질 수 있는 바, 젤리-롤형 전극조립체의 하면은 중심부에서 외주변으로 갈수록 하향 연장되는 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 젤리-롤형 전극조립체의 중심부 및 외주변의 축 방향 길이는 전극조립체의 하부에서 다르게 설정될 수 있고, 예를 들어, 중심부의 축 방향 길이보다 외주변의 축 방향 길이가 긴 구조로 이루어질 수 있다. 이와 같은 경우, 전지케이스의 하면과 전극조립체의 하면 전체가 인접하게 위치하게 되는 바, 전극조립체의 하면이 전지케이스의 오목한 하면과 대응되도록 오목한 형상으로 이루어지게 되며, 전극조립체의 중심부와 외주변의 축 방향 길이가 동일한 구조의 전극조립체와 비교할 때, 전지케이스의 하면 방향으로 연장된 전극조립체의 외주변 만큼 용량이 증가될 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, 금속 소재로 이루어진 원통형 전지케이스에서 전극조립체가 수납되는 수납부의 하면 전체가 전지케이스 내측으로 오목한 곡면 구조로 이루어지는 바, 전지케이스의 내압이 증가하더라도 압력이 바닥면에 고르게 전달되기 때문에 내압 증가에 따라 전지케이스가 팽창되는 것을 방지할 수 있으며, 나아가, 전지케이스의 팽창으로 인한 폭발이 일어나는 위험을 감소시킬 수 있다.
또한, 내측으로 오목한 전지케이스의 하면에 열전도성 소재와 같은 추가적인 부재를 적용할 수 있는 바, 전체적인 이차전지의 크기를 유지할 수 있으면서, 방열 특성이 뛰어난 원통형 이차전지를 제공할 수 있다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 2는 도 1의 부분 확대도이다.
도 3은 다른 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 4는 또 다른 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 5는 실시예 및 비교예에서 제조된 원통형 이차전지의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 도 1의 부분 확대도이다.
도 3은 다른 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 4는 또 다른 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 5는 실시예 및 비교예에서 제조된 원통형 이차전지의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
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 젤리-롤형 전극조립체(110)가 원통형 전지케이스(101)에 수납되어 있고, 원통형 전지케이스(101)의 개방 상단에는 캡 어셈블리(105)가 위치하며, 전지케이스의 하면은 전체적으로 내측으로 오목한 곡면(102)으로 이루어지는 바, 돔형 구조로 이루어져 있다.
전극조립체(110)는 내측으로 오목한 곡면이 형성된 전지케이스(101)의 하면 중심부와 연결되어 있다.
도 2는 도 1의 원통형 이차전지의 하면에 대한 부분 확대도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 원통형 전지케이스(101)의 내부에는 젤리-롤형 전극조립체(110)가 수납되어 있으며, 젤리-롤형 전극조립체(110)의 하측으로 돌출된 전극 탭(111)은 전지케이스의 하면 중심부(102)에 용접으로 결합되어 있다. 전지케이스(101)는 하면 중심부(102)에 평탄부(103)를 포함하고 있는 바, 전극 탭의 용접이 용이하고 안정적으로 이루어질 수 있다.
전지케이스의 하면(104)의 곡률 반경은 외주변에서 중심부(102) 방향으로 갈수록 증가하는 바, 평탄부(103)를 포함하는 중심부에서의 곡률 반경은 무한대가 된다. 다만, 중심부를 중심으로 거리가 동일한 지점은 동일한 곡률반경을 갖도록 이루어져 있다.
도 3은 다른 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 원통형 이차전지(200)는 젤리-롤형 전극조립체(210)가 원통형 전지케이스(201)에 수납되어 있고, 원통형 전지케이스(201)의 개방 상단에는 캡 어셈블리(205)가 위치하며, 하면(204)에는 내측으로 전체적으로 오목한 곡면이 형성되어 있다.
원통형 전지케이스(201)의 하면(204) 외표면에는 열전도성 부재(220)가 부착되어 있고, 열전도성 부재(220)는 원통형 전지케이스(201)의 오목한 부분에 수납될 수 있는 크기로 이루어진다. 열전도성 부재(220)는 부채꼴 형상으로 도시되어 있으나, 이에 대한 형상이 특별히 한정되지 않으며, 시트형, 타원형, 튜브형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
젤리-롤형 전극조립체(210)는 중심부(206)의 축 방향 길이(H1)가 외주변의 축 방향 길이(H2)와 동일한 길이로 이루어지는 바, 젤리-롤형 전극조립체(210)의 중심부(206)만이 전지케이스의 오목한 부분과 접하고 있다.
도 4는 또 다른 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 원통형 이차전지(300)는 젤리-롤형 전극조립체(310)가 원통형 전지케이스(301) 내에 수납되어 있고, 원통형 전지케이스(301)의 하면(304) 내측에는 오목한 곡면이 형성되어 있다.
원통형 전지케이스(301)의 하면 외표면에는 열전도성 부재(320)가 부착되어 있다. 열전도성 부재(320)는 원통형 전지케이스(301)의 오목한 부분에 수납될 수 있는 크기로 이루어진다. 열전도성 부재(320)는 부채꼴 형상으로 도시되어 있으나, 이에 대한 형상이 특별히 한정되지 않으며, 시트형, 타원형, 튜브형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
원통형 이차전지(300)와 원통형 이차전지(200)의 차이점으로서, 젤리-롤형 전극조립체(310)는 중심부(306)의 축 방향 길이(L1)가 외주변의 축 방향 길이(L2)보다 짧은 길이로 이루어져 있다.
이와 같이, 젤리-롤형 전극조립체(310)의 하면은, 대면하는 전지케이스의 하면(304)의 형상과 대응하도록 내측으로 오목한 구조로 이루어진다. 따라서, 원통형 이차전지(300)는 젤리-롤형 전극조립체의 외주면 축 방향 길이(L2)가 원통형 이차전지(200)의 젤리-롤형 전극조립체의 외주면 축 방향 길이(H2)보다 길게 형성되는 바, 젤리-롤형 전극조립체의 외주면 축 방향 길이가 길어진 만큼 전지의 용량이 증가되는 효과를 얻을 수 있으며, 전극조립체와 전지케이스가 접하는 면적이 늘어나기 때문에 전지 내부에서 발생하는 열에너지를 빠르게 배출할 수 있다.
또한, 본 발명의 원통형 이차전지와 같이 하면에 돔형 구조와 같이 오목한 곡면을 포함하는 원통형 전지케이스를 사용하는 경우에는, 전지케이스 내압이 증가하더라도 전지케이스가 수용할 수 있는 내압이 커지기 때문에, 전지케이스의 팽창 및 폭발을 효과적으로 방지할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실험예 1>
원통형 전지케이스의 팽창 실험
<실시예 1>
도 1에 도시된 바와 같이 내측으로 전체적으로 오목한 하면을 포함하는 원통형 전지케이스를 제조하였다. 상기 원통형 전지케이스 하면의 중심부에서 만입부의 최대 깊이는 0.7mm가 되도록 오목한 형태로 제조되었다.
상기 원통형 전지케이스에 젤리-롤형 전극조립체를 수납하고 전해액을 주입하여 원통형 이차전지를 완성하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1에서 내측으로 전체적으로 오목한 하면을 포함하는 원통형 전지케이스 대신, 완전히 평면인 하면을 포함하는 원통형 전지케이스를 사용한 점을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 원통형 이차전지를 완성하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 원통형 이차전지를 SOC 100%로 설정하고 4.2V가 될 때까지 0.5C로 정전류 충전하고, 이후 정전압 충전하여 율속이 0.05C도달시 충전을 종료하였다.
이후 상압하에서 60℃를 유지한 상태로 7일동안 원통형 이차전지의 외경 변화를 관찰하였다. 상기 원통형 이차전지를 상부, 중부, 하부로 분할하여 각 부위의 외경을 측정하였다. 또한, 전지케이스 하면의 깊이 변화 내지 팽창 정도를 측정하였다. 측정된 결과는 하기 표 1과 같다.
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 및 비교예 1의 원통형 이차전지는 7일 동안 상부, 중부 및 하부의 외경이 일정하게 유지되고 있음을 알 수 있다.
다만, 하면의 깊이 변화는 차이가 있는 것으로 나타나는 바, 실시예 1의 원통형 이차전지는 7일차에도 처음 상태와 동일하게 내측으로 만입된 깊이가 0.7mm로 유지되는 반면, 비교예 1의 원통형 이차전지는 2일차에 하면이 0.01mm 돌출되고, 4일차에는 하면이 더 팽창하여 0.03mm 돌출되며, 5일차 이후에는 0.05mm 돌출된 형태로 변형되는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 종래의 일반적인 원통형 이차전지는 하면이 평면이기 때문에 전지의 내압을 견디는 힘이 약하여 볼록하게 변형이 되는 문제가 있는 반면, 본원발명은 전체적으로 내측으로 오목한 형태의 곡면 바닥을 포함하기 때문에 전지 내부의 압력이 증가하더라도 변형이 쉽게 일어나지 않는다. 따라서, 원통형 이차전지의 내압 증가로 인하여 바닥이 볼록하게 변형되어 치수가 변하는 문제를 방지할 수 있다.
<실험예 2>
열전도성 실험
<실시예 2>
젤리-롤형 전극조립체 및 전해액을 도 3에 도시된 바와 같이 내측으로 전체적으로 오목한 하면을 포함하는 원통형 전지케이스에 수납하고 조립하여 원통형 이차전지를 5개 제조하고, 상기 원통형 이차전지들의 바닥에 열전도성 패드를 부착하였다.
상기 5개의 원통형 이차전지를 1.7Ah의 전류로 충전 종료시 전류가 50mA, 충전 전압이 4.2V가 될 때까지 정전류-정전압(CC-CV) 충전을 하였다.
이후, 상기 5개의 원통형 이차전지 각각을 컷 오프 전압이 2.5V가 되도록 0.2C, 0.5C, 1.0C, 1.5C 및 2.0C로 정전류 방전하면서 온도 변화를 측정하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 2에서 사용된 원통형 전지케이스의 바닥에 열전도성 패드를 부착하지 않은 점을 제외하고 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 원통형 이차전지에 대한 충전 및 방전을 수행하면서 이차전지의 온도 변화를 측정하였다.
상기의 온도 변화 측정 결과는 하기의 표 2 및 도 5와 같다.
상기 표 2 및 도 5를 참조하면, 원통형 전지케이스의 하면에 열전도성 패드가 부착된 실시예 2의 원통형 이차전지와 열전도성 패드를 부착하지 않은 비교예 2의 원통형 이차전지의 온도 변화를 비교하면, 동일한 방전율(C-rate)로 방전한 경우, 비교예 2의 원통형 이차전지의 온도 증가가 더 높게 나타남을 알 수 있다.
따라서, 전지케이스의 하면에 열전도성 패드를 부착한 경우, 전지 캔 내부의 온도 배출이 더욱 신속하게 이루어짐을 알 수 있는 바, 안전성이 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, 200, 300 : 원통형 이차전지
101, 201, 301 : 원통형 전지케이스
102 : 원통형 전지케이스의 하면 중심부
103 : 원통형 전지케이스의 평탄부
104, 204, 304 : 원통형 전지케이스의 하면
105, 205 : 캡 어셈블리
206, 306 : 전극조립체 중심부
111 : 전극 탭
220, 320 : 열전도성 부재
H1, L1 : 전극조립체 중심부의 축 방향 길이
H2, L2 : 전극조립체 외주변의 축 방향 길이
101, 201, 301 : 원통형 전지케이스
102 : 원통형 전지케이스의 하면 중심부
103 : 원통형 전지케이스의 평탄부
104, 204, 304 : 원통형 전지케이스의 하면
105, 205 : 캡 어셈블리
206, 306 : 전극조립체 중심부
111 : 전극 탭
220, 320 : 열전도성 부재
H1, L1 : 전극조립체 중심부의 축 방향 길이
H2, L2 : 전극조립체 외주변의 축 방향 길이
Claims (11)
- 양극 및 음극 사이에 분리막이 개제되어 권취된 구조의 젤리-롤형 전극조립체;
상기 젤리-롤형 전극조립체와 전해액이 수납된 금속 소재의 원통형 전지케이스; 및
상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 위치하는 캡 어셈블리;
를 포함하고,
상기 원통형 전지케이스의 하면은 전체적으로 내측으로 오목한 곡면으로 이루어지며,
상기 전지케이스의 하면에는 열전도성 부재가 부가되고,
상기 열전도성 부재는 실리콘 패드이고,
상기 열전도성 부재는 상기 전지케이스의 오목한 곡면 내부에 위치하며,
상기 열전도성 부재는 전지케이스의 하면 외측면에 접착에 의해 부착된 원통형 이차전지. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스의 하면 중심은 평탄부를 포함하는 원통형 이차전지.
- 제 6 항에 있어서, 상기 평탄부에는 전극 탭이 결합되는 원통형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스 하면의 곡면은 외주변에서 중심부로 갈수록 곡률반경이 증가하는 원통형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 젤리-롤형 전극조립체는 중심부와 외주변의 축 방향 길이가 동일한 원통형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 젤리-롤형 전극조립체는 중심부의 축 방향 길이보다 외주변의 축 방향 길이가 긴 원통형 이차전지.
- 제 1 항, 제6항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 원통형 이차전지를 포함하는 전지팩.
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