KR20040110254A

KR20040110254A - 리튬 이온 2차 전지

Info

Publication number: KR20040110254A
Application number: KR1020030039476A
Authority: KR
Inventors: 전관식
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2004-12-31
Also published as: KR100542680B1

Abstract

본 발명은 리튬 이온 2차 전지에 관한 것으로서, 스웰링 현상을 억제하고, 안전성을 향상시키며, 캔의 두께를 증가시키면서도 전지 용량은 그대로 유지시킬 수 있도록, 양극 전극판, 음극 전극판 및 분리막이 다수회 권취되어 형성된 전극 조립체와, 적어도 하나 이상의 제1면, 제1면에 연결된 동시에 적어도 하나 이상으로서 제1면의 두께보다 두꺼우며 면적은 작은 제2면, 제1면 및 제2면에 동시 연결된 하면 및 하면과 대향되는 상부에 개구가 형성되어 전극 조립체가 결합되는 캔과, 캔의 상부에 용접되어, 상기 전극 조립체가 외부로 이탈되지 않도록 하는 캡 조립체와, 캔에 주입된 전해액으로 이루어진 리튬 이온 2차 전지를 특징으로 하여, 노트북 컴퓨터, 휴대폰, PDA 등의 전원 용도로 사용됨.

Description

리튬 이온 2차 전지{Lithium ion secondary battery}

본 발명은 리튬 이온 2차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 용량을 저하시키지 않으면서도 스웰링(swelling) 현상을 억제하고, 안전성을 향상시킬 수 있는 각형 리튬 이온 2차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 각형 리튬 이온 2차 전지는 양극 활물질이 부착된 양극 전극판, 음극 활물질이 부착된 음극 전극판 및 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 분리막이 젤리 롤(jelly roll) 형태로 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 결합되는 캔, 상기 캔을 막아상기 전극 조립체의 이탈을 억제하는 캡 조립체 및 상기 캔 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.

이러한 리튬 이온 2차 전지는 양극 활물질이 부착된 양극 전극판, 음극 활물질이 부착된 음극 전극판 및 분리막을 적층한 후, 이를 젤리 롤(jelly roll) 형태로 권취하고, 이를 각형의 캔에 넣은 후 상부에 캡 조립체를 용접하여 밀봉한다. 이후, 전해액을 주입한 후, 충전 및 검사를 수행하여 베어 셀(bare cell)을 완성하며, 이어서 상기 베어 셀에 각종 안전 소자를 부착한 후 조립 및 검사하여 통상의 배터리 팩을 완성한다.

한편, 이러한 리튬 이온 2차 전지는 정전압/정전류 충전법을 사용하기 때문에 충전기에서 충전 전압이 정확하게 제어되면 과충전 현상은 없다. 그러나, 충전기가 파손되거나 오동작하여 이상 충전을 하는 경우가 있으며, 이러한 경우에는 양극 활물질 예를 들면, 코발트산리튬(LiCoO₂)의 전위가 지속적으로 올라가는 특성으로 인해 전지 전압이 계속 상승하고, 또한 이상 발열 현상이 발생한다.

이러한 현상에 대한 안전대책으로는 PTC(Positive Temperature Coefficiency) 소자의 내장, 셧다운(shut down) 기능이 있는 분리막 채택 등이 있고, 이것 외에 가스 발생에 의해 작동하는 안전변(safety vent)이 있다. 여기서, 각형 리튬 이온 2차 전지의 안전변은 통상 캔의 바닥면 또는 캡 조립체에 형성된 좀더 얇은 영역을 지칭하며, 이는 가스 발생으로 스웰링이 심할 경우 파열되며 그 가스를 배출하는 역할을 한다.

더불어, 상기 가스 발생은 코발트산리튬(LiCoO₂)과 같은 양극 활물질의 형성을 위해 탄산리튬(Li₂CO₃)을 사용하는데, 이것을 화학량론보다도 과승으로 첨가하기 때문에 일어나는 현상이다. 즉, 이 과승으로 첨가된 탄산리튬은 미반응 상태로 양극 활물질인 코발트산리튬(LiCoO₂)중에 잔류하고 있다가, 이상 충전에 의해 전지 전압이 높게 되고 발열하면 탄산리튬(Li₂CO₃)이 분해되어 탄산가스를 발생한다. 이러한 탄산가스의 발생에 의해 통상 캔이 과도하게 부풀어 오르는 스웰링 현상이 발생하며, 이 스웰링 현상이 심하면 안전변이 작동하게 된다.

이러한 스웰링 현상은 상기 탄산리튬을 적게 넣으면 해결되지만, 이렇게 되면 양극 활물질에 산화코발트(CoO₂)가 잔존하여, 양극을 부식시키기 때문에 충전시 전해액중으로 용출되고, 이것이 음극으로의 코발트 석출 현상을 일으켜 내부쇼트를 일으키는 더 큰 위험을 유발하게 됨으로써, 어쩔수 없이 탄산리튬을 과승으로 넣게 된다.

한편, 이러한 스웰링 현상은 각형 캔의 넓이가 작은 측면중 중심 부근이 안쪽으로 수축되고, 그 양단은 바깥으로 휘어진 형태를 하며, 또한 넓이가 큰 측면의 중심은 바깥으로 과도하게 부풀어 오른 형태를 한다.

종래에는 이러한 스웰링 현상을 억제하기 위해 전체 캔의 두께를 증가시키는 경우가 있었는데, 이는 전지의 용량을 현저히 저하시키는 문제가 있어 바람직하지 않다. 즉, 캔의 두께 증가시 전극 조립체의 면적이 작아지기 때문에 전지의 용량이작아지게 된다.

또한, 상기 전지 용량을 높이기 위해 캔의 두께를 전체적으로 얇게 할 경우, 작은 스웰링 시에도 캔 전체가 쉽게 파열됨으로써, 전지가 완전히 손상되는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 스웰링 현상을 억제하고, 안전성을 향상시킬 수 있는 각형 리튬 이온 2차 전지를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 스웰링 현상을 억제하기 위해 캔의 두께를 증가시키면서도 전지 용량은 그대로 유지시킬 수 있는 각형 리튬 이온 2차 전지를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 의한 리튬 이온 2차 전지의 사시도이다.

도 2는 도 1의 리튬 이온 2차 전지의 분해 사시도이다.

도 3은 도 1의 1-1선 단면도이다.

도 4는 도 3의 3을 확대 도시한 확대 단면도이다.

도 5는 도 1의 리튬 이온 2차 전지가 스웰링(swelling)된 상태를 도시한 측면도이다.

도 6은 도 1의 리튬 이온 2차 전지가 스웰링된 상태를 도시한 평면도이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 리튬 이온 2차 전지의 사시도이다.

도 8은 도 7의 7-7선 단면도이다.

도 9은 도 8의 8을 확대 도시한 확대 단면도이다.

도 10은 도 7의 리튬 이온 2차 전지가 스웰링된 상태를 도시한 측면도이다.

도 11은 도 7의 리튬 이온 2차 전지가 스웰링된 상태를 도시한 평면도이다.

도 12는 본 발명의 리튬 이온 2차 전지에서 제2면 두께 증가에 따른 두께 변화량(X) VS 폭 변화량(Y)의 상관 관계를 도시한 그래프이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100,200; 본 발명에 의한 리튬 이온 2차 전지

110; 전극 조립체 111; 양극 전극판

112; 음극 전극판 113; 분리막

114; 양극리드 115; 음극리드

120; 캔 121; 제1면

122; 제2면 123; 하면

124; 상부 개구 131; 절연 케이스

132; 단자 플레이트 133; 절연 플레이트

140; 캡 조립체 141; 캡 플레이트

142; 절연 가스켓 143; 전해액 주입 플러그

150; 음극 단자

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 리튬 이온 2차 전지는 양극 전극판, 음극 전극판 및 분리막이 다수회 권취되어 형성된 전극 조립체와, 적어도 하나 이상의 제1면, 상기 제1면에 연결된 동시에 적어도 하나 이상으로서 상기 제1면의 두께보다 두꺼우며 면적은 작은 제2면, 상기 제1면 및 제2면에 동시 연결된 하면 및 상기 하면과 대향되는 상부에 개구가 형성되어 상기 전극 조립체가 결합되는 캔과, 상기 캔의 상부에 용접되어, 상기 전극 조립체가 외부로 이탈되지 않도록 하는 캡 조립체와, 상기 캔에 주입된 전해액을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 캔은 제1면의 두께가 제2면 두께의 1배~3배 이하일 수 있다.

예를 들어, 상기 캔은 제2면의 두께가 대략 0.3㎜~0.9㎜ 사이일 수 있다.

또한, 상기 캔은 제1면의 두께가 대략 0.2㎜~0.4㎜이고, 제2면의 두께가 대략 0.3㎜~0.9㎜일 수 있다.

또한, 상기 캔은 제1면과 제2면이 대략 직각 방향으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 캔은 제1면과 제2면이 대략 라운드 형태( roundish)로 연결될 수 있다.

또한, 상기 캔은 하면이 제1면의 두께와 같을 수 있다.

또한, 상기 캔은 스웰링시에 제2면의 곡률반경이 대략 150mm~200mm일 수 있다.

또한, 상기 캔은 전면의 폭 변화량(Y)에 대한 측면 두께 변화량(X)의 기울기가 대략 -0.5 ~ -0.2 이내일 수 있다. 더불어, 상기 캔은 전면의 폭 변화량(Y)의 절편이 대략 33~39 이내일 수 있다.

상기와 같이 하여 본 발명에 의한 리튬 이온 2차 전지에 의하면, 캔의 제1면 두께에 비해 제2면의 두께를 상대적으로 두껍게 함으로써, 제2면의 스웰링 현상을 억제(전면의 폭 변화량을 억제함)하고, 또한 면적이 작은 제2면이 응력에 견디는 힘이 커져 전지의 안전성도 향상된다.

더불어, 전지 용량과 비례 관계가 큰 제1면의 두께는 최대한 얇게 하고, 전지 용량과 비례 관계가 거의 없는 제2면의 두께는 최대한 두껍게 함으로써, 전지용량을 저하시키지 않으면서도 스웰링 현상을 적절히 억제할 수 있게 된다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)의 사시도가 도시되어 있고, 도 2를 참조하면, 도 1의 리튬 이온 2차 전지(100)의 분해 사시도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 리튬 이온 2차 전지는 전압차를 발생시키는 전극 조립체(110)와, 상기 전극 조립체(110)가 수납되는 대략 직사각 육면체 형태의 캔(120)과, 상기 캔(120)의 상부에 조립되어 상기 전극 조립체(110)가 이탈되지 않도록 하는 캡 조립체(140)와, 상기 캔(120)에 주입되어 전극 조립체(110)간에 이온 이동이 가능하게 하는 전해액(도시되지 않음)으로 이루어져 있다.

상기 전극 조립체(110)는 양극 활물질(예를 들면 코발트산리튬(LiCoO₂))(도시되지 않음)이 부착된 양극 전극판(111), 음극 활물질(예를 들면 흑연)(도시되지 않음)이 부착된 음극 전극판(112) 및 양극 전극판(111)과 음극 전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 분리막(113)으로 이루어져 있으며, 위의 양극 전극판(111), 음극 전극판(112) 및 분리막(113)은 대략 젤리 롤(jelly roll) 형태로 권취되어 캔(120)에 수납되어 있다. 여기서, 상기 양극 전극판(111)은 알루미늄(Al) 포일, 상기 음극 전극판(112)은 구리(Cu) 포일, 상기 분리막(113)은 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 양극 전극판(111)에는 상부로 일정 길이 돌출된 양극 리드(114)가 용접되어 있고, 상기 음극 전극판(112)에도 상부로 일정 길이 돌출된 음극 리드(115)가 용접되어 있다. 상기 양극 리드(114)는 알루미늄(Al) 재질, 상기 음극 리드(115)는 니켈(Al) 재질일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.

상기 캔(120)은 적어도 하나 이상의 제1면(121), 상기 제1면(121)에 연결된 동시에 적어도 하나 이상으로서 상기 제1면(121)의 두께보다 두꺼우며 면적은 작은 제2면(122), 상기 제1면(121) 및 제2면(122)에 동시 연결된 하면(123) 및 상기 하면(123)과 대향되는 상부에 개구(124)가 형성된 형태를 한다. 즉, 상기 캔(120)은 상부에 개구(124)가 형성된 대략 직육면체 형태를 한다. 상기 캔(120)은 통상 알루미늄(Al), 철(Fe), 합금 또는 이의 등가물로 형성 가능하며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 더불어, 상기 캔(120)에는 상기 양극 리드(114)가 용접됨으로써, 캔(120) 자체가 양극 역할을 하며, 또한 도시되지는 않았지만 하면(123)에 두께가 상대적으로 얇은 안전 벤트가 형성될 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.

한편, 상기 전극 조립체(110)의 상부로서 상기 캔(120)의 상부에는 순차적으로 절연 케이스(131), 단자 플레이트(132), 절연 플레이트(133)가 더 결합될 수 있으나, 본 발명에서 이러한 구성 요소를 반듯이 필요로 하는 것은 아니다. 물론, 상기 절연 케이스(131), 단자 플레이트(132) 및 절연 플레이트(133)는 상기 음극 단자(150)가 상부로 연장되어 관통될 수 있도록 통공(131a,132a,133a)이 각각 형성되어 있다.

상기 캡 조립체(140)는 상기 캔(120)에 레이저 용접되어 있으며, 이는 대략 판상의 캡 플레이트(141)가 구비되고, 상기 캡 플레이트(141)의 중앙에는 일정 크기의 통공(141a)이 형성되어 있고, 그 측부에는 전해액 주입을 위한 전해액 주입구(141b)가 형성되어 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(141)의 통공(141a)에는 절연 가스켓(142)이 결합되고, 상기 절연 가스켓(142)에는 음극 단자(150)가 결합되어 있다. 물론, 상기 음극 단자(150)는 상기 음극 리드(115)와 용접되어 방전 또는 충전시 음극 역할을 할 수 있도록 되어 있다. 더불어, 상기 캡 플레이트(141)의 전해액 주입구(141b)에도 전해액 주입후, 그 전해액이 외부로 유출되지 않도록 플러그(143)가 결합되어 있다.

한편, 도시되지 않은 전해액은 충방전시 전지 내부의 양극 및 음극에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온의 이동 매체 역할을 하며, 이는 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 상기 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있다.

도 3을 참조하면, 도 1의 1-1선 단면도가 도시되어 있고, 도 4를 참조하면, 도 3의 3확대도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)중 캔(120)은 대략 평판 형태로서 적어도 하나 이상의 제1면(121)이 구비되어 있고, 상기 제1면(121)에 대략 직각 방향으로 연결되어서는 대략 평판 형태를 하며 적어도 하나 이상의 제2면(122)이 구비되어 있다. 상기 제1면(121) 및 제2면(122)의 상호 연결된 단면형태는 대략 직사각 라인 형태를 한다. 물론, 상기 제1면(121) 및 제2면(122)으로 에워싸여진 영역에는 전극 조립체(110)가 결합되어 있다.

한편, 상기 제1면(121)의 두께(T11)는 상기 제2면(122)의 두께(T12)에 비해 대략 3배정도 작게 형성되어 있다. 역으로 설명하면, 상기 제2면(122)의 두께(T12)는 제1면(121)의 두께(T11)에 비해 대략 3배 정도로 두껍게 형성되어 있다.

일례로, 상기 캔(120)은 제1면(121)의 두께(T11)가 대략 0.2㎜~0.4㎜ 바람직하게는 0.3㎜이고, 제2면(122)의 두께(T12)는 대략 0.3㎜~0.9㎜ 바람직하게는 0.6㎜가 될 수 있다. 여기서, 상기 제1면(121)의 두께(T11)를 0.3㎜ 이하로 하면 작은 스웰링에도 쉽게 파열되는 단점이 있고, 0.3㎜ 이상으로 하면 전극 조립체(110)의 면적 축소로 전지 용량이 대폭 저하되는 단점이 있다. 또한, 상기 제2면(122)의 두께(T12)를 0.3mm 이하로 하면 역시 작은 스웰링에도 쉽게 파열되고, 0.9mm 이상으로 하면 전지 용량이 저하될 수 있어 바람직하지 않다. 그러나, 제2면(122)의 두께(T12)를 상술한 바와 같이 제1면(121)에 비해 대폭 두껍게 할 수 있는 이유는 전극 조립체(110)의 면적이 상기 제2면(122)의 두께(T12)에 거의 비례하지 않기 때문에 가능한 것이다. 이와 같이 제2면(122)의 두께(T12)를 제1면(121)의 두께(T11)보다 두껍게 함으로써, 면적이 작은 제2면(122)의 강성이 증대되고, 따라서 스웰링에 견디는 힘이 강해지면서도 전지 용량은 저하되지 않게 된다.

한편, 상기 캔(120)은 상기 제1면(121)과 제2면(122)이 대략 직각 방향으로 연결될 수 있다. 이 경우에는 상기 캔(120)의 내벽 즉, 모서리와 전극 조립체(110) 사이에 빈 공간(S)이 형성될 수 있지만, 가공상 유리하다. 더불어, 도시되어 있지는 않지만, 상기 캔(120)의 하면(123)은 상기 제1면(121)과 동일한 두께가 되도록 함이 바람직하다. 즉, 과도한 스웰링시에 하면(123)에 형성된 안전 벤트(도시되지 않음)가 쉽게 작동하고 또한 전지 용량이 저하되지 않도록 하기 위함이다.

도 5를 참조하면, 도 1의 리튬 이온 2차 전지(100)가 스웰링(swelling)된 측면 상태가 도시되어 있고, 6을 참조하면, 도 1의 리튬 이온 2차 전지(100)가 스웰링된 평면 상태가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 캔(120)은 스웰링시에 제1면(121)의 중앙 부분(121a)이 바깥 방향으로 팽창하고, 또한 제2면(122)의 중앙 부분(122a)은 안쪽으로 수축된 형태를 한다. 이때, 본 발명과 같이 제1면(121)의 두께(T11)에 비해 제2면(122)의 두께(T12)를 좀더 두껍께 하면 제2면(122)의 곡률반경(R12)은 대략 150mm ~ 200mm로 나타난다. 예를 들어, 상기 제2면(122)의 두께(T12)를 대략 0.3㎜ ~ 0.9mm 정도가 되도록 하면, 상기 제2면(122)의 곡률반경(R12)이 대략 150mm ~ 200mm 정도로 나타난다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 리튬 이온 2차 전지(200)의 사시도가 도시되어 있다. 여기서, 도 7의 리튬 이온 2차 전지(200)의 구성은 도 1및 도 2의 리튬 이온 2차 전지(100) 구성과 유사하므로 동일한 구성 요소의 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.

도시된 바와 같이 캔(220)은 적어도 하나 이상의 제1면(221), 상기 제1면(221)으로부터 연장되어 소정각도의 곡률을 가지며 휘어진 곡면(224) 및 상기 곡면(224)에 연결된 동시에 적어도 하나 이상으로서 상기 제1면(221)의 두께보다 두꺼우며 면적은 작은 제2면(222), 상기 제1면(221) 및 제2면(222)에 동시 연결된 하면(223)으로 이루어져 있다. 상기 캔(220)은 통상 알루미늄(Al), 철(Fe), 합금 또는 이의 등가물로 형성 가능하며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.

또한, 상기 캔(220)은 소정 곡률을 갖는 곡면(224)이 형성되어 있음으로써, 상기 캔(220)의 상부에 결합된 캡 플레이트(241)도 대략 직사각판 형태로서 각 모서리에 곡면(242)이 형성되어 있다. 물론, 상기 캡 플레이트(241)의 중앙에는 절연 가스켓(242) 및 음극 단자(250)가 결합되어 있고, 일측에는 전해액 주입 플러그(243)가 결합되어 있다.

도 8을 참조하면, 도 7의 7-7선 단면도가 도시되어 있고, 도 9를 참조하면, 도 8의 8 확대 단면도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 캔(220)은 대략 평판 형태로서 적어도 하나 이상의 제1면(221)이 구비되어 있고, 상기 제1면(221)에 연결되어서는 소정 곡률을 갖는 곡면(224)이 구비되어 있으며, 상기 곡면(224)에 연결되어서는 대략 평판 형태로서 적어도 하나 이상의 제2면(222)이 구비되어 있다. 즉, 상기 제1면(221) 및제2면(222)의 상호 연결된 단면 형태는 라운드 형태를 한다. 물론, 상기 제1면(221), 곡면(224) 및 제2면(222)으로 에워싸여진 영역에는 전극 조립체(210)가 결합되어 있다.

한편, 상기 제1면(221)의 두께(T21)는 상기 제2면(222)의 두께(T22)에 비해 대략 3배정도 작게 형성되어 있다. 역으로 설명하면, 상기 제2면(222)의 두께(T22)는 제1면(221)의 두께(T21)에 비해 대략 3배 정도로 두껍게 형성되어 있다.

일례로, 상기 캔(220)은 제1면(221)의 두께(T21)가 대략 0.2㎜~0.4㎜ 바람직하게는 0.3㎜이고, 제2면(222)의 두께(T22)는 대략 0.3㎜~0.9㎜ 바람직하게는 0.6㎜가 될 수 있다. 여기서, 상기 제1면(221)의 두께(T21)를 0.3㎜ 이하로 하면 작은 스웰링에도 쉽게 파열되는 단점이 있고, 0.3㎜ 이상으로 하면 전극 조립체(210)의 면적 축소로 전지 용량이 대폭 저하되는 단점이 있다. 또한, 상기 제2면(222)의 두께(T12)를 0.3mm 이하로 하면 역시 작은 스웰링에도 쉽게 파열되고, 0.9mm 이상으로 하면 전지 용량이 저하될 수 있어 바람직하지 않다. 그러나, 제2면(222)의 두께(T22)를 상술한 바와 같이 제1면(221)에 비해 대폭 두껍게 할 수 있는 이유는 전극 조립체(210)의 면적이 상기 제2면(222)의 두께(T22)에 거의 비례하지 않기 때문에 가능한 것이다. 이와 같이 제2면(222)의 두께(T22)를 제1면(221)의 두께(T21)보다 두껍게 함으로써, 면적이 작은 제2면(222)의 강성이 증대되고, 따라서 스웰링에 견디는 힘이 강해지면서도 전지 용량은 저하되지 않게 된다. 물론, 상기 곡면(224)의 두께는 상기 제1면(221)에서 제2면(222)으로 향함에 따라 점차 두껍게 되어 있다.

한편, 상술한 바와 같이 상기 캔(220)은 상기 제1면(221)과 제2면(222)이 대략 라운드 형태로 연결되어 있다. 이 경우에는 상기 캔(220)의 곡면 내벽과 전극 조립체(210) 사이에 빈 공간이 없어, 상기 전극 조립체(210)가 캔(220) 내부에 단단히 조립되는 장점이 있다. 더불어, 도시되어 있지는 않지만, 상기 캔(220)의 하면(223)은 상기 제1면(221)과 동일한 두께가 되도록 함이 바람직하다. 즉, 과도한 스웰링시에 하면(223)에 형성된 안전 벤트가 쉽게 작동하고 또한 전지 용량이 저하되지 않도록 하기 위함이다.

도 10을 참조하면, 도 7의 리튬 이온 2차 전지(200)가 스웰링된 측면 상태가 도시되어 있고, 도 11을 참조하면, 도 7의 리튬 이온 2차 전지(200)가 스웰링된 평면 상태가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 캔(220)은 스웰링시에 제1면(221)의 중앙 부분(221a)이 바깥 방향으로 팽창하고, 또한 제2면(222)의 중앙 부분(222a)이 안쪽으로 수축된 형태를 한다.

이때, 본 발명과 같이 제1면(221)의 두께(T21)에 비해 제2면(222)의 두께(T22)를 좀더 두껍께 하면, 제2면(222)의 곡률반경(R22)은 대략 150mm ~ 200mm로 나타난다.

예를 들어, 상기 제2면(222)의 두께(T22)를 0.3㎜~0.9mm 정도가 되도록 하면, 상기 제2면(222)의 곡률반경(R22)이 대략 150mm~200mm 정도로 나타난다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 리튬 이온 2차 전지에서 제2면의 두께 증가에 따른 측면 두께 변화량(X) VS 전면 폭 변화량(Y)의 상관 관계가 그래프로 도시되어 있다.

여기서 상기 제2면(T12 또는 T22)(도 4 또는 도 9 참조)의 두께는 대략 0.3mm~0.9mm 바람직하기로는 0.6mm인 경우이며, 이때 캔의 측면 두께를 X(도 5 또는 도 10 참조)로 정의하고, 캔의 전면 폭을 Y(도 6 또는 11 참조)로 정의한다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 리튬 이온 2차 전지에서 캔의 전면 폭 변화량(Y)에 대한 측면 두께(X)의 기울기는 대략 -0.5 ~ -0.2 이내로 나타난다. 예를 들어, 캔의 측면 두께(X)가 대략 5mm일 경우, 캔의 전면 폭(Y)은 대략 33.8mm~35.2mm 정도이고, 캔의 측면 두께(X)가 대략 17mm일 경우, 캔의 전면 폭(Y)은 대략 26.5mm~32.5mm 정도로 나타난다. 즉, 캔의 측면 두께(X)가 작을 경우, 캔의 전면 폭(Y)은 커지고, 캔의 측면 두께(X)가 커질 경우 캔의 전면 폭(Y)은 작아진다. 역으로, 캔의 전면 폭(Y)이 클 경우, 캔의 측면 두께(X)는 작아지고, 캔의 전면 폭(Y)이 작아질 경우 캔의 측면 두께(X)는 커진다. 여기서 상기 캔의 폭 변화량(Y)은 절편이 대략 33~39 이내이다.

상술한 바와 같이 하여, 본 발명에 의한 리튬 이온 2차 전지에 의하면, 캔의 제1면 두께에 비해 제2면의 두께를 상대적으로 두껍게 함으로써, 제2면의 스웰링 현상을 억제(전면의 폭 변화량을 억제함)하고, 또한 면적이 작은 제2면이 응력에 견디는 힘이 커져 전지의 안전성도 향상되는 효과가 있다.

더불어, 전지 용량과 비례 관계가 큰 제1면의 두께는 최대한 얇게 하고, 전지 용량과 비례 관계가 거의 없는 제2면의 두께는 최대한 두껍게 함으로써, 전지 용량을 저하시키지 않으면서도 스웰링 현상을 적절히 억제할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 리튬 이온 2차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims

양극 전극판, 음극 전극판 및 분리막이 다수회 권취되어 형성된 전극 조립체;

적어도 하나 이상의 제1면, 상기 제1면에 연결된 동시에 적어도 하나 이상으로서 상기 제1면의 두께보다 두꺼우며 면적은 작은 제2면, 상기 제1면 및 제2면에 동시 연결된 하면 및 상기 하면과 대향되는 상부에 개구가 형성되어 상기 전극 조립체가 결합되는 캔;

상기 캔의 상부에 용접되어, 상기 전극 조립체가 외부로 이탈되지 않도록 하는 캡 조립체; 및,

상기 캔에 주입된 전해액을 포함하여 이루어진 리튬 이온 2차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 캔은 제1면의 두께가 제2면 두께의 1배~3배 이하인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 캔은 제2면의 두께가 대략 0.3㎜~0.9㎜ 사이인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 캔은 제1면의 두께가 대략 0.2㎜~0.4㎜이고, 제2면의 두께가 대략 0.3㎜~0.9㎜인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 캔은 제1면과 제2면이 대략 직각 방향으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 캔은 제1면과 제2면이 대략 라운드 형태( roundish)로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 캔은 하면이 제1면의 두께와 같은 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 캔은 스웰링시에 제2면의 곡률반경이 대략 150mm~200mm인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 캔은 전면의 폭 변화량(Y)에 대한 측면 두께 변화량(X)의 기울기가 대략 -0.5 ~ -0.2 이내인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2차 전지.
제 9 항에 있어서, 상기 캔은 전면의 폭 변화량(Y)의 절편이 대략 33~39 이내인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2차 전지.