KR20080100586A - 이차전지용 캔 및 이를 이용한 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지용 캔 및 이차전지에 관한 것으로, 캔의 장측면에 길이방향으로 평행하게 중앙과 좌우측에 요입홈을 형성하되, 이러한 요입홈의 길이, 위치 및 갯수를 최소화하여 전지 용량의 감소없이 충전시 팽창 및 변형에 의한 전지의 두께 변화를 방지하는 효과가 있다.
이차전지, 캔, 스웰링, 전지두께
Description
도 1은 본 발명에 의한 이차전지용 캔의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 캔의 사시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 캔의 사시도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예와 다른 실시예에 의한 캔과 일반적인 캔의 충전 후의 두께측정 비교 그래프.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 ; 이차전지 110 ; 캔
111,211 ; 장측면 120 ; 전극조립체
130 ; 캡조립체 140,240 ; 요입홈
142,242 ; 중앙부 요입홈 144,146,244,246 ; 좌,우측부 요입홈
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충전시 전극조립체의 팽창에 의한 변형을 최소화시킨 이차전지용 캔 및 이를 이용한 이차전지에 관한 것 이다.
일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 양극판, 음극판 및, 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체를 수용하는 금속재질의 캔에 수납하고, 이 캔 내부에 전해액을 주입하여 밀봉하여 베어셀이 형성된다. 이렇게 형성된 베어셀의 상단부에는 캔과 절연된 전극 단자를 구비하며, 상기 전극 단자는 리튬 이차전지의 어느 한 극성을 이루게 되고, 캔 자체는 타측 극성을 갖게 된다. 따라서, 상기 전극조립체의 양극판과 음극판은 캔과 전극단자의 어느 하나에 각각 접속된다.
상기와 같이 밀봉된 베어셀의 상부 또는 측부에는 바이메탈(bimetal), PTC(Positive Temperature Coefficient)와 같은 이차보호소자 및 보호회로기판을 포함하는 보호회로모듈(PCM: Protecting Circuit Module) 등의 안전장치가 연결되어 전지 팩에 수납되거나 수지로 몰딩되어 리튬 이차전지를 형성하게 된다. 이때, 이러한 리튬 이차전지의 안전장치들은 양극과 음극에 각각 연결되어 전지의 고온 상승이나, 과충방전 등으로 전지의 전압이 급상승할 때에 전류를 차단해 전지의 파 열되는 등의 위험을 방지한다.
이와 같이 구성되는 종래의 이차전지는 사용중에 다수의 충방전을 반복적으로 실시하게 된다. 그러나 이차전지는 충전시에 전극조립체가 스웰링되면서 기재 기판에 도포된 활물질이 탈락되거나 열화되는 불량이 발생된다. 아울러 전극조립체의 팽창으로 인해 캔의 일정 부분이 변형되면서 전지의 두께가 전체적으로 과도하게 두꺼워지는 문제가 있다.
이와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 충전시 전극조립체의 팽창 및 변형으로 인한 전지의 두께 증가를 방지하려는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 캔의 측면부에 요입홈을 형성하여 상기의 목적을 달성하려는 것이다.
본 발명은 이러한 요입홈의 형성위치 및 갯수를 최소화하여 전지용량의 변화를 최소화시킨 상태에서 주목적을 달성하려는 목적을 갖는다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이차전지용 캔은, 서로 마주보는 길이가 긴 한 쌍의 장측면과, 상기 장측면과 이웃하여 일체로 형성된 한 쌍의 단측면과, 상기 장측면 및 단측면의 하단부에 일체로 형성된 하면을 갖는 이차전지용 캔에 있어서, 상기 한 쌍의 장측면 중 적어도 하나의 장측면에 길이방향으로 요입홈을 형성하되, 상기 요입홈은 정중앙에 형성되는 중앙부 요입홈과 그 좌우측에 평행하게 형성되는 좌,우측부 요입홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 요입홈은 상기 장측면의 길이방향으로 상부에서 하부까지 길게 형성되거나, 상기 요입홈은 상기 장측면의 중앙부 보다 상측 영역에 걸쳐서 형성되는데, 이때, 상기 요입홈의 길이는 전체 캔의 길이의 1/4의 길이로 형성된다.
상기 요입홈의 중앙부 요입홈에 대하여 상기 좌,우측 요입홈들 사이의 간격이 동일하게 형성되고, 상기 요입홈의 좌측부 요입홈과 우측부 요입홈 사이의 간격이 전체 장측면의 폭의 1/3 이내인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 이차전지는 캔과, 상기 캔의 내부에 수용되는 전극조립체와, 상기 캔의 개방된 상단부를 복개하는 캡조립체를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 캔은 적어도 일측 장측면에 길이방향으로 요입홈을 형성하되, 상기 요입홈은 정중앙에 형성되는 중앙부 요입홈과, 그 좌우측에 평행하게 형성되는 좌,우측부 요입홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 요입홈은 상기 장측면의 길이방향으로 상부에서 하부까지 길게 형성되거나, 상기 요입홈은 상기 장측면의 중앙부 보다 상측 영역에 걸쳐서 형성되는데 이때, 상기 요입홈의 길이는 전체 캔의 길이의 1/4의 길이로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 요입홈의 중앙부 요입홈에 대하여 상기 좌,우측 요입홈들 사이의 간격이 동일하게 형성되거나, 상기 요입홈의 좌측부 요입홈과 우측부 요입홈 사이의 간격이 전체 장측면의 폭의 1/3 이내인 것이 바람직하다.
또한, 상기 이차전지는 각형 이차 전지에 적용되거나 또는 상기 이차전지는 파우치형 이차 전지에 적용할 수 있다.
이와 같은 본 발명은 캔의 측면에 형성되는 요입홈의 길이, 위치 및 갯수를 최소화하면서 한정적으로 실시하더라도 본래의 목적을 달성할 수 있어 종래 기술에 대하여 현저한 효과를 갖는다고 할 것이다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 캔(110)과, 상기 캔(110)의 내부에 수용되는 전극조립체(120)와, 상기 캔(110)의 개방된 상단부를 복개하는 캡조립체(130)를 포함하여 구성되어 베어셀을 구성하며, 도면에 도시하지 않았으나 보호회로기판이 몰딩용 수지에 의해 베어셀의 상부측에 결합된다.
상기 캔(110)은 상단부가 개방된 사각통체로서 재질은 금속이고, 그 자체가 전극단자의 역할을 수행할 수 있다. 상기 캔(110)의 내부에 수용되는 전극조립체(120)는 양극판(121)과, 세퍼레이터(122)와, 음극판(123)의 순서로 배치되어 젤리롤 타입으로 감겨져 있다.
통상적으로 리튬 이차전지의 경우에 상기 양극판(121)은 박판의 알루미늄으로 된 양극집전체와, 그 양면에 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 슬러리가 코팅되어 있으며, 상기 음극판(123)은 박판의 구리로 된 음극집전체와, 그 양면에 탄소재를 주성분으로 하는 슬러리가 코팅되어 있는 구성을 가진다.
상기 양극판(121) 및 음극판(123)으로 부터는 전극조립체(120)의 상부로 일부가 돌출되는 양극탭(124) 및 음극탭(125)이 각각 인출되어 있다. 상기 양극탭(124) 및 음극탭(125)은 용접에 의해 양극집전체 및 음극집전체에 고정될 수 있다.
상기 양극탭(124) 및 음극탭(125)은 극성을 달리하여 배치될 수도 있다. 상기 양극탭(124) 및 음극탭(125)이 양극판(121) 및 음극판(122)의 외부로 돌출되는 부분에서는 극판(121)(122)간의 단락을 방지하기 위하여 절연테이프(126)가 감싸여질 수 있다.
상기 캔(110)의 개방된 상단부에는 캡조립체(130)가 설치되는데, 이러한 캡조립체(130)의 구성은 캡플레이트(131)와, 상기 캡플레이트(131)의 하면에 면접되게 설치된 절연플레이트(132)와, 상기 절연플레이트(132)의 하면에 면접되게 설치된 단자플레이트(133)로 이루어진다.
상기 캡플레이트(131)는 중앙에 단자 통공(134)이 형성되어 있고, 상기 단자 통공(134)에는 상기 캔(110)의 내부로 돌출되는 음극단자(135)가 설치된다. 상기 음극단자(135)의 외부면에는 가스켓(136)이 설치되어 상기 음극단자(135)와 상기 캡플레이트(131)를 절연시키게 된다. 상기 단자플레이트(133)에는 상기 음극단자(135)가 결합되어 접속된다.
또한, 상기 캔(110)의 내부에서 상기 전극조립체(32)의 상면에는 절연케이스(150)가 더 설치될 수 있다.
상기 양극탭(124)은 용접 등에 의해 상기 캡플레이트(131)와 직접적으로 고정되며, 상기 음극탭(125)은 상기 단자플레이트(133)를 통하여 음극단자(135)와 용접 등에 의해 고정됨으로써 전기적으로 연결된다. 이와는 반대로, 상기 전극의 극 성을 달리하여 전지가 설계될 수도 있을 것이다.
상기 캡플레이트(131)의 일측부에는 상기 캔(110) 내부로 전해액의 주입이 가능한 전해액 주입구(137)가 형성되어 있고, 상기 전해액 주입구(137)는 볼타입의 마개(138)로 밀폐된다.
이와 같이 구성되는 이차전지에 있어 본 발명의 일 실시예에 의한 캔(110)은 상단부가 개방된 대략 박스 형태의 직육방체인 각형의 형상을 갖는데, 이러한 캔(110)은 서로 마주보는 길이가 긴 2개의 장측면(111,112)과, 상기 장측면(111,112)에 이웃하여 일체로 형성되는 좌,우측 단측면(113,114)과, 그 하단부에 일체로 형성된 하면(115)으로 구성된다.
여기서 본 발명의 실시예는 상기 캔(110)의 장측면(111,112)에 길이방향으로 요입홈(140)이 형성된다.
도 2를 참조하면, 상기 장측면(111)에 형성되는 요입홈(140)은 가장 바람직하기로는 3개의 요입홈(142)(144)(146)이 캔(110)에 대하여 길이방향으로 평행하게 형성된다(여기서 장측면 112에 형성되는 요입홈은 도면에 나타나지 않음). 즉, 장측면(111)의 중앙에는 중앙부 요입홈(142)이 형성되고, 상기 중앙부 요입홈(142)을 중심으로 좌,우측에 각각 동일한 간격(d1=d2)을 두고 좌측부 요입홈(144)과 우측부 요입홈(146)이 형성된다. 이때, 좌측부 요입홈(144)과 우측부 요입홈(146) 까지의 폭(D1)은 전체 장측면의 폭(D1+D2+D3)과 대비하여 대략 1/3의 너비를 갖는다. 이와 같이 전지의 두께 변화를 최소화시킬 수 있는 캔의 설치범위는 좌측 또는 우측 부위와 같이 전극조립체가 설치되는 부위에서 좌우측으로 치우친 위치에서보다 전극 조립체의 팽창시 가장 변형량이 크게 발생되는 캔의 중앙 부위에 집중되어 형성되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 의한 다른 실시예에 의한 캔을 도시한 것이다.
이와 같이 본 발명에 의한 다른 실시예에 의한 캔(210)은 장측면(211)에 상기 도 2에 도시한 일 실시예와 같이 중앙부 요입홈(242)과 좌,우측부 요입홈(244)(246)들이 형성되어 모두 3개의 요입홈이 형성되는 구성은 유사하다.
그러나 상기 요입홈(242)(244)(246)들의 길이가 보다 짧게 형성된다. 즉, 캔(210)의 장측면(211)을 상부 영역과 하부 영역으로 구분하는 경우에 주로 상부 영역에 형성된다. 가장 바람직하기로는 도 3에 도시한 바와 같이, 캔(210)의 장변의 길이(L1)가 45mm인 경우에 요입홈(240)의 길이(L2)는 11mm로 형성되어 요입홈의 길이가 전체 캔의 길이에 대하여 1/4의 길이로 형성된다.
이처럼 캔(210)의 장측면(211) 중에서 주로 상부 영역에 요입홈(240)을 형성하는 이유는 통상적으로 캔 내부에 수납되는 전극조립체는 하단부에 마감테이프에 의해 압착된 상태로 고정되기 때문이다. 따라서 충전시 주로 전극조립체의 하부보다는 상부에서 팽창량이 커지므로 전지의 상부측 두께가 두꺼워진다.
본 발명에 의한 이차전지는 캔의 장측면에 요입홈을 형성하고, 요입홈은 장측면의 중앙부위에 형성하며 길이방향으로 3개의 요입홈을 형성하게 된다. 이러한 구성은 실험적으로 3개의 요입홈을 형성하였을 때 전지의 두께를 개선하는 효과를 실험적으로 알 수 있기 때문이다.
상술한 바와 같은 실시예 중에서 먼저 도 2에 도시한 본 발명에 의한 일 실 시예에 의한 캔(장측면에서 길이방향으로 길게 3개의 요입홈을 형성한 캔)에 의하여 충전 후에 캔의 두께를 종래 기술과 비교한 그래프가 도 4에 도시되어 있다.
즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 의한 이차전지의 캔 중에서 전지 용량이 1,230mAh에 해당되는 캔의 경우에는 두께불량의 판정치인 6.35mm를 초과하는 데이터가 발생된다. 이에 반하여 본 발명에 의해 전지 용량이 1,230mAh에 해당되는 캔을 사용한 경우는 충전 후에 일반적인 캔보다 평균 0.17mm 가량 두께가 얇게 나오고 있어 요입홈에 의한 스웰링의 억제 효과가 현저하며, 두께 불량의 판정치인 6.35mm를 초과하지 않게 된다.
또한, 도 3에 도시한 본 발명의 다른 실시예(장측면의 상부측에서 캔의 길이에 대하여 1/4의 길이로 3개의 요입홈을 형성한 캔)에 의한 캔(210)에 의한 충전후에 두께변화 데이터는 도 5에 도시된 바와 같다.
즉, 도 5에서 보는 바와 같이, 종래 기술에 의한 전지 캔 중에서 전지 용량이 1,100mAh에 해당되는 캔의 경우에는 두께 불량의 판정치인 5.35mm를 초과하고 있다. 이에 반하여 본 발명에 의해 전지 용량이 1,100mAh에 해당되는 캔을 사용한 경우는 이보다 평균 0.07mm 이상 두께가 얇게 형성되고, 두께불량의 판정치인 5.35mm를 초과하지 않게 된다.
이처럼 본 발명의 일 실시예와 같이 장측면의 길이와 대응되도록 길게 요입홈을 형성하지 않고 주로 전극조립체의 팽창량이 크게 발생되는 캔의 장측면의 상부 영역에 치우쳐 요입홈을 형성한 경우에도 캔의 스웰링을 억제하여 전지의 두께변화를 개선시키는 효과를 충분하게 얻을 수 있다.
상술한 실시예에서는 주로 각형 이차전지에 대하여 설명하였으나, 파우치형 이차전지에 대하여 적용시에도 동일한 작용효과를 기대할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 이차전지용 캔 및 이를 이용한 이차전지는 충전시 전극조립체의 팽창 및 변형으로 인한 전지의 두께 증가가 현저하게 줄어드는 효과가 있다.
특히 본 발명은 캔의 측면부에 요입홈을 형성하되, 요입홈의 형성위치 및 갯수를 최소화함으로써 요입홈에 의해 전지의 용량이 변화되지 않으면서 본 발명의 목적을 달성하는 효과가 있다.
Claims (14)
- 서로 마주보는 길이가 긴 한 쌍의 장측면과, 상기 장측면과 이웃하여 일체로 형성된 한 쌍의 단측면과, 상기 장측면 및 단측면의 하단부에 일체로 형성된 하면을 갖는 이차전지용 캔에 있어서,상기 한 쌍의 장측면 중 적어도 하나의 장측면에 길이방향으로 요입홈을 형성하되, 상기 요입홈은 정중앙에 형성되는 중앙부 요입홈과 그 좌우측에 평행하게 형성되는 좌,우측부 요입홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 캔.
- 제 1 항에 있어서,상기 요입홈은 상기 장측면의 길이방향으로 상부에서 하부까지 길게 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지용 캔.
- 제 1 항에 있어서,상기 요입홈은 상기 장측면의 중앙부 보다 상측 영역에 걸쳐서 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지용 캔.
- 제 3 항에 있어서,상기 요입홈의 길이는 전체 캔의 길이의 1/4의 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지용 캔.
- 제 1 항에 있어서,상기 요입홈의 중앙부 요입홈에 대하여 상기 좌,우측 요입홈들 사이의 간격이 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지용 캔.
- 제 1 항에 있어서,상기 요입홈의 좌측부 요입홈과 우측부 요입홈 사이의 간격이 전체 장측면의 폭의 1/3 이내인 것을 특징으로 하는 이차전지용 캔.
- 캔과, 상기 캔의 내부에 수용되는 전극조립체와, 상기 캔의 개방된 상단부를 복개하는 캡조립체를 포함하는 이차전지에 있어서,상기 캔은 적어도 일측 장측면에 길이방향으로 요입홈을 형성하되, 상기 요입홈은 정중앙에 형성되는 중앙부 요입홈과, 그 좌우측에 평행하게 형성되는 좌,우측부 요입홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 요입홈은 상기 장측면의 길이방향으로 상부에서 하부까지 길게 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 요입홈은 상기 장측면의 중앙부 보다 상측 영역에 걸쳐서 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 9 항에 있어서,상기 요입홈의 길이는 전체 캔의 길이의 1/4의 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 요입홈의 중앙부 요입홈에 대하여 상기 좌,우측 요입홈들 사이의 간격이 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 요입홈의 좌측부 요입홈과 우측부 요입홈 사이의 간격이 전체 장측면의 폭의 1/3 이내인 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 이차전지는 각형 이차 전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 이차전지는 파우치형 이차 전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
Priority Applications (2)
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| KR1020070046465A KR20080100586A (ko) | 2007-05-14 | 2007-05-14 | 이차전지용 캔 및 이를 이용한 이차전지 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2014092262A1 (ko) * | 2012-12-12 | 2014-06-19 | 주식회사 비츠로셀 | 안전성이 우수한 리튬 전지 |
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- 2008-05-14 CN CNA200810094728XA patent/CN101308907A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2014092262A1 (ko) * | 2012-12-12 | 2014-06-19 | 주식회사 비츠로셀 | 안전성이 우수한 리튬 전지 |
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| Publication number | Publication date |
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