KR20100076701A

KR20100076701A - 이차 전지

Info

Publication number: KR20100076701A
Application number: KR1020080134829A
Authority: KR
Inventors: 한대원; 김용삼
Original assignee: 에스비리모티브 주식회사
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-06
Also published as: US8465869B2; KR101065422B1; US20100167120A1

Abstract

본 발명에 따른 이차 전지는 전극군과 코어 사이의 응력을 감소시킬 수 있도록, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 공간을 갖는 케이스와, 상기 케이스와 결합되며 상기 전극군과 전기적으로 연결된 캡 조립체, 및 상기 전극군의 내부에 삽입되며, 상기 전극군의 내면과 맞닿는 지지부와 상기 지지부 사이에 형성되며 상기 전극군의 내면에서 이격된 회피면을 갖는 기둥 형상의 코어를 포함한다.

이차 전지, 코어, 다각형, 지지부, 회피면

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극군 내에 삽입된 코어의 구조를 개선한 이차 전지에 관한 것이다.

이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 하나의 셀로 이루어진 저용량 이차 전지의 경우, 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용된다. 복수개의 셀이 팩 형태로 연결된 대용량 이차 전지는 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다.

그리고 이러한 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 직렬로 연결되어 대용량의 이차 전지 모듈을 구성하게 된다.

이차 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극군과 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 케이스를 밀폐하는 캡 조립 체를 포함한다.

양극 및 음극은 일 방향으로 길게 이어진 띠 형상으로 이루어지고, 길이 방향 일측 단부에 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성된다.

양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재한 상태에서 원통 형상의 코어를 중심으로 나선형으로 권취하여 전극군은 대략 원통 형상을 이룬다. 이때, 양극 무지부와 음극 무지부는 서로 다른 방향을 향하도록 배치된다.

코어는 권취 공정에서 전극군을 지지하는 역할을 할 뿐만 아니라, 권취된 전극군의 형태를 유지시키는 역할을 한다.

음극 무지부에는 음극 집전판이 부착되고, 양극 무지부에는 양극 집전판이 부착되며, 음극 집전판은 케이스와 전기적으로 연결되고, 양극 집전판은 캡 조립체와 전기적으로 연결되어 외부로 전류를 유도하게 된다.

이차 전지가 충전과 방전을 되풀이 함에 따라, 전극군이 팽창과 수축을 반복하는데, 이에 따라 전극군과 케이스 사이 및 전극군과 코어 사이에 응력이 증가하는 현상이 발생한다. 케이스와 전극군 사이에는 공간의 여유가 있어서 큰 응력이 발생하지 않지만, 전극군과 코어는 사이에는 공간이 거의 없으므로 상대적으로 큰 응력이 발생한다.

전극군과 코어 사이에 응력이 집중되면, 충전과 방전 효율이 저하되어 이차 전지의 출력이 감소하는 문제가 있다. 또한, 응력이 집중된 부분에 수명 열화가 발생하며, 불안정한 반응이 일어나 이차 전지의 수명이 감소되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전극군과 코어 사이의 응력 발생을 최소화할 수 있는 이차 전지를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 공간을 갖는 케이스와, 상기 케이스와 결합되며 상기 전극군과 전기적으로 연결된 캡 조립체, 및 상기 전극군의 내부에 삽입되며, 상기 전극군의 내면과 맞닿는 지지부와 상기 지지부 사이에 형성되며 상기 전극군의 내면에서 이격된 회피면을 갖는 기둥 형상의 코어를 포함한다.

상기 회피면과 상기 전극군의 내면 사이에는 완충 공간이 형성될 수 있으며, 상기 코어에는 상기 코어를 길이 방향으로 관통하는 중공부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 코어는 다각 기둥 형상으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 상기 코어의 외면 모서리가 상기 지지부를 이루고, 상기 코어의 모서리 사이에 형성된 외면이 회피면을 이룰 수 있다.

상기 회피면은 평면으로 이루어질 수 있으며, 상기 지지부는 상기 전극군의 내면과 접하는 곡면으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 회피면은 상기 코어의 중심을 향하여 만곡된 곡면으로 이루어질 수도 있다.

상기 지지부는 상기 코어의 길이 방향 양단에 형성되고, 상기 지지부 사이에 는 오목부가 형성될 수 있으며, 상기 코어의 중심에서 상기 오목부까지의 거리는 상기 코어의 중심에서 상기 지지부까지의 거리보다 더 작게 형성될 수 있다. 또한, 상기 오목부는 상기 코어의 길이 방향 중심으로 갈수록 상기 코어의 중심에서 상기 오목부 사이의 거리가 점진적으로 감소하도록 형성될 수 있다.

상기 코어의 회피면에는 상기 코어의 길이 방향을 따라 이어진 홀이 형성될 수 있으며, 상기 지지부는 상기 코어의 길이 방향 양쪽 단부에 형성되고, 양쪽 단부의 상기 지지부들 사이에는 홀이 형성될 수 있다.

한편, 상기 코어의 길이 방향 양단에는 주변보다 큰 횡단면적을 갖는 대단면적부들이 형성되고, 상기 대단면적부들 사이에는 상기 대단면적부들의 횡단면적보다 더 작은 횡단면적을 갖는 탄성 변형부가 형성될 수 있다.

상기 전극군은 와류상으로 감겨져 형성될 수 있으며, 상기 케이스는 원통 형상으로 이루어질 수 있다.

코어에 지지부와 회피면이 형성되어 코어와 전극군은 지지부에서만 접촉하고 회피면과 전극군 사이에는 완충 공간이 형성된다. 따라서 전극군이 팽창할 때, 지지부에서만 응력이 집중되고 회피면이 형성된 부분은 전극군이 완충 공간으로 팽창할 수 있으므로 응력의 집중으로 인한 전극군의 열화를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 이차 전지의 출력이 감소하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 이차 전지의 수명이 향상된다.

또한, 회피면에 홀을 형성함으로써 코어가 탄성적으로 변형되어 전극군의 팽 창으로 인하여 응력이 집중되는 것을 완화시킬 수 있다. 또한, 코어의 양단에 지지부를 형성하고 양단 지지부 사이에 홀을 형성하거나, 오목부를 형성하여 응력이 집중되는 것을 완화시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 절개 사시도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)는 양극(112)과 음극(113)이 세퍼레이터(114)를 사이에 두고 위치하는 전극군(110)과, 전해액과 함께 전극군(110)을 수용할 수 있도록 일측 선단에 개구부가 형성된 케이스(120)를 포함한다. 그리고 케이스(120)의 개구부에는 케이스(120)를 밀봉하는 캡 조립체(140)가 개스킷(144)을 매개로 설치된다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 케이스(120)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 이루어진다.

그리고 본 실시예에 따른 케이스(120)의 형상은 전극군(110)이 위치하는 내부 공간을 가진 원통형으로 이루어진다. 캡 조립체(140)를 케이스(120)에 끼운 후, 클램핑하여 캡 조립체(140)를 케이스(120)에 고정시키게 되는데, 이 과정에서 케이스(120)에는 비딩부(123)와 클램핑부(125)가 형성된다.

본 실시예에 따른 전극군(110)은 양극(112)과 세퍼레이터(114) 및 음극(113)이 적층된 후, 와류상으로 감겨진 원통형 타입으로 이루어지나, 전극군(110)의 구조가 반드시 이것으로 한정되는 것은 아니고 각형 등 다른 구조로도 이루어질 수 있다.

전극군(110)의 중심에는 공간이 형성되며 전극군(110)이 원통형의 형상을 유지할 수 있도록 이 공간에 코어(CORE)(160)가 설치된다.

그리고 양극(112)의 상단에는 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부(112a)가 형성되어 양극 집전판(138)과 전기적으로 연결된다. 또한, 음극(113)의 하단에는 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부(113a)가 형성되어 음극 집전판(132)과 전기적으로 연결된다.

음극(113)은 구리 또는 알루미늄으로 이루어진 집전체에 음극 활물질이 도포된 구조로 이루어지고, 양극(112)은 알루미늄 등으로 이루어진 집전체에 양극 활물질이 도포된 구조로 이루어진다.

음극 활물질은 음극 활물질은 탄소계 활물질, 실리콘계 활물질 또는 티타늄계 활물질로 이루어질 수 있으며, 양극 활물질은 탄소계 활물질, 니켈계 활물질, 망간계 활물질, 코발트계 활물질, 3원계 활물질 또는 Olivine계 활물질로 이루어질 수 있다.

본 실시예에서는 양극 집전판(138)이 상부에 위치하고 음극 집전판(132)이 하부에 위치하는 것을 예로서 설명하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 양극 집전판(138)이 하부에 위치하고 음극 집전판(132)이 상부에 위치할 수도 있다.

캡 조립체(140)는 돌출된 외부 단자(143a)와 배기구(143b)가 형성된 캡 업(143)과, 캡 업(143)의 아래에 설치되며 설정된 압력 조건에서 파단되어 가스를 방출할 수 있도록 노치(142a)가 형성된 벤트 플레이트(142)를 포함한다. 벤트 플레이트(142)는 설정된 압력 조건에서 전극군(110)과 캡 업(143)의 전기적 연결을 차단하는 역할을 한다.

캡 업(143)과 벤트 플레이트(142)의 사이에는 양성온도소자(positive temperature coefficient element)(141)가 설치되는 바, 양성온도소자(141)는 일정 온도를 넘으면 전기저항이 거의 무한대까지 커지는 장치로서, 이차 전지(100)가 정해진 값 이상의 온도가 되었을 때, 충전 및 방전 전류의 흐름을 차단시키는 역할을 한다.

벤트 플레이트(142)의 중앙에는 아래로 돌출된 볼록부(142b)가 형성되며 볼록부(142b)의 하면에는 서브 플레이트(147)가 용접으로 부착된다.

벤트 플레이트(142)와 서브 플레이트(147) 사이에는 캡 다운(146)이 설치되는데, 캡 다운(146)은 원판 형태로 이루어지며, 중앙에는 볼록부(142b)를 끼움할 수 있도록 홀이 형성된다. 캡 다운(146)과 벤트 플레이트(142) 사이에는 절연부재(145)가 설치되어 캡 다운(146)과 벤트 플레이트(142)를 절연하며 절연부재(145)의 중앙에도 볼록부(142b)가 삽입될 수 있도록 홀이 형성된다. 이에 따라 벤트 플레이트(142)의 볼록부(142b)가 홀들을 통과하여 서브 플레이트(147)와 용이하게 접 합될 수 있다.

서브 플레이트(147)는 볼록부(142b)와 캡 다운(146)에 각각 용접되며, 캡 다운(146)은 리드부재(150)를 통해서 전극군(110)과 전기적으로 연결된다.

전극군(110)에 집전된 전류는 리드부재(150), 캡 다운(146), 및 서브 플레이트(147)를 순차적으로 거쳐서 벤트 플레이트(142)로 전달되며, 벤트 플레이트(142)는 캡 업(143)과 접합되어 캡 업(143)의 외부 단자(143a)로 전류가 전달된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 코어를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 본 코어의 횡단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 코어(160)는 대략 사각 기둥 형상으로 이루어지는데, 코어(160)의 내부에는 코어(160)를 길이 방향으로 관통하는 중공부(162)가 형성된다.

중공부(162)는 대략 육각형상의 단면으로 이루어지며, 코어(160)의 일단에서 타단까지 이어져 형성된다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 중공부(162)는 다각형 또는 타원 등 원이 아닌 단면 형상으로 이루어질 수 있다. 중공부(162)는 가스의 이동 통로를 제공한다.

이러한 사각 기둥 형상의 코어(160)는 모서리가 전극군(110)의 내면과 맞닿아 지지부(161)를 형성하고, 외면은 평면으로 이루어져 전극군(110)의 내면에 이격되어 회피면(165)을 형성한다.

이에 따라 회피면(165)과 전극군(110)의 내면 사이에는 완충 공간(164)이 형성되는 바, 이러한 완충 공간(164)은 전극군(110)의 팽창할 때, 버퍼로서의 기능을 한다.

충전과 방전을 되풀이 함에 따라, 전극군(110)은 점진적으로 팽창하는데, 와류상으로 감겨진 전극군(110)은 외측으로 팽창할 뿐만 아니라, 내측으로도 팽창한다. 그러나 전극군(110)의 내측에는 전극군(110)을 지지하는 코어(160)가 설치되어 전극군(110)과 코어(160)가 맞닿게 되며, 이에 따라 전극군(110)의 내측에 위치하는 양극(112) 및 음극(113)이 눌려진다.

이와 같이 전극군(110)의 내측에서 응력이 집중하면, 활물질층이 눌려져서 충전과 방전을 제대로 수행하지 못하게 되고, 이에 따라 이차 전지(100)의 출력이 저하되고 수명이 단축되는 문제가 발생한다.

전극군(110)의 외측은 케이스(120)와의 사이에 어느 정도 공간이 형성되어 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있지만, 내측은 상기한 바와 같이 공간이 없으므로 응력의 집중으로 인한 양극(112) 및 음극(113)의 열화가 심하게 발생하고, 이에 따라 이차 전지(100)의 전체적인 성능이 저하된다.

그러나 본 실시예와 같이 코어(160)를 사각 기둥으로 형성하는 경우에는 사각 기둥의 모서리인 지지부만이 전극군(110)의 내면과 맞닿아 회피면(165)과 전극군(110) 사이에는 완충 공간(164)이 형성된다.

따라서 팽창하는 전극군(110)이 완충 공간(164)으로 밀려들 수 있으므로 지지부(161)와 맞닿는 부분에서만 응력이 집중되고, 다른 부분은 완충 공간(164)으로 인하여 응력 발생이 감소될 수 있다. 이에 따라 전체적으로 코어(160)와 전극군(110) 사이에 작용하는 응력을 상당히 감소된다. 이러한 효과는 아래에서 자세 히 설명한다.

도 4는 종래의 원형 기둥 코어와 삼각 기둥 코어 및 사각 기둥 코어의 용량 스루풋(capacity throughput)에 따른 순간 용량(fractional capacity) 변화를 나타낸 그래프이다.

용량 스루풋에 따른 순간 용량의 변화는 이차 전지의 수명 평가에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 평가이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 4에 도시된 바와 같이 원기둥 코어는 용량 스루풋이 증가할 수록 전극군의 내부에서 열화가 발생하여 순간 출력이 급격하게 감소하는 것을 알 수 있다. 이에 반하여 삼각 기둥 코어와 사각 기둥 코어의 경우 열화가 어느 정도 개선되어 출력의 감소 정도가 낮은 것을 알 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면 종래에 비하여 응력집중이 크게 완화되는 것을 알 수 있으며, 이에 따라 이차 전지 전체의 출력이 저하되는 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 이차 전지의 열화를 방지하여 수명이 향상된다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 코어를 도시한 사시도이다.

도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명하면, 코어는 사각 기둥 형상뿐만 아니라 다각 기둥 형상으로 이루어질 수 있다. 코어가 다각 기둥으로 이루어질 경우 기둥의 모서리가 지지부로서 역할을 하며, 모서리 사이의 외면이 회피면으로 역할을 한다.

도 5a에 도시된 바와 같이 코어(191)는 삼각 기둥으로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 지지부(191a)는 3개가 형성되고, 회피면(191b)도 3개로 이루어진다. 도 5b에 도시된 바와 같이 코어(192)는 오각 기둥으로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 지지부(192a)는 5개가 형성되고, 회피면(192b)도 5개로 이루어진다. 또한, 도 5c에 도시된 바와 같이 코어(193)는 육각 기둥으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 지지부(193a)는 6개가 되고 회피면(193b)도 6개로 이루어진다.

코어의 모서리 수가 증가할 수록 지지부에서 응력이 분산되는 효과는 있으나, 완충 공간이 줄어들게 되므로 이차 전지의 크기 및 용량에 따라 적절한 다각형의 코어를 적용하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 코어를 도시한 사시도이고, 도 7은 도 5에서 Ⅶ-Ⅶ을 따라 잘라 본 단면도이다.

도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 코어(210)는 사각 기둥 형상으로 이루어지며, 내부에는 코어(210)를 길이 방향으로 관통하는 중공부(212)가 형성된다.

또한, 코어(210)에는 코어(210)의 외면과 중공부(162)를 연결하는 홀들(217)이 형성된다. 홀들(217)은 코어(210)의 길이 방향으로 이어져 형성되며, 홀들(217)의 길이 방향 양단이 코어(210)의 단부보다 안쪽에 위치한다. 홀들(217)은 코어(210)의 외면과 중공부(212)를 연결하며, 코어(210)의 길이 방향 중앙에 위치한다. 또한, 홀들(217)은 회피면(215)에 형성되어 회피면(215)과 중공부(212)를 연결한다.

또한, 복수 개의 홀들(217)은 코어(210)의 외주 방향으로 이격되어 배치되는 데, 4개의 홀들(217)이 코어(210)의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배열된다. 즉, 하나의 회피면(215)에 하나의 홀(217)이 형성된다. 다만, 홀들(217)의 개수는 홀들(217)의 폭과 형상 등에 따라 자유롭게 조절될 수 있다.

이와 같이 코어(210)에 홀들(217)이 형성되면, 홀들(217)이 형성된 부분에서 코어(210)가 탄성 변형할 수 있으며, 이에 따라 전극군(110)이 팽창하여, 전극군(110)이 코어(210)를 가압하면, 코어(210)가 탄성 변형하여 코어(210)와 전극군(110) 사이의 응력을 감소시킬 수 있다.

즉, 홀들(217)이 형성되지 아니한 부분은 주변보다 큰 횡단면적을 갖는 대단면적부(210a)를 형성하는 바, 대단면적부들(210a)은 코어(210)의 길이 방향 양쪽 단부에 형성된다. 그리고 대단면적부들(210a) 사이에는 대단면적부들(210a)의 횡단면적보다 더 작은 횡단면적을 갖는 탄성 변형부(210b)가 형성된다. 탄성 변형부(210b)는 홀(217)의 형성으로 인하여 대단면적부(210a)보다 횡단면적이 작게 되므로 용이하게 탄성 변형될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이 전극군(110)이 팽창할 때, 탄성 변형부(210b)는 코어(210)의 내측으로 휘어져 변형된다. 전극군(110)이 팽창함에 있어서 전극군(110)의 길이 방향 중심부분이 외측 부분에 비하여 상대적으로 많이 변형되는 바, 본 실시예와 같이 탄성 변형부(210b)를 형성하면 전극군(110)의 변형에 따라 코어(210)가 변형하므로 지지부(211)에서 응력이 과도하게 집중되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 전극군(110)의 양단은 각각 양극 집전판(138)과 음극 집전판(132)에 용접으로 고정되어 있는데, 코어(210)의 양단이 변형되어 전극군(110)의 길이 방향 단부가 내측으로 팽창 변형되면 전극군(110)과 집전판(132, 138)이 용접된 부분이 탈락될 수 있다. 이에 본 실시예에서는 전극군(110)의 단부에는 홀들(217)을 형성하지 아니하여 전극군(110)의 단부가 변형되는 것을 방지하였다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 코어를 도시한 사시도이고, 도 10은 도 9에서 Ⅹ-Ⅹ선을 따라 잘라 본 코어의 횡단면도이다.

도 9 및 도 10을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 코어(230)는 대략 육각 기둥 형상으로 이루어지며, 내부에는 코어(230)를 길이 방향으로 관통하는 중공부(232)가 형성된다.

또한, 코어(230)는 모서리로 이루어진 지지부(231)와 지지부(231) 사이의 면으로 이루어진 회피면(235)을 갖는다. 코어(230)의 각 모서리에는 코어(230)의 외측에서 중공부(232)까지 이어진 홀들(237)이 형성된다.

홀들(237)은 코어(230)의 길이 방향으로 이어져 형성되며, 홀들(237)의 길이 방향 양단이 코어(230)의 단부보다 안쪽에 위치하는 바, 바람직하게는 홀들(237)이 코어(160)의 길이 방향 중앙에 위치한다.

이에 따라, 홀들(237)이 형성된 부분은 전극군(110)과 맞닿지 아니하므로 지지부(231)가 형성되지 아니하고, 지지부(231)는 코어(230)의 길이 방향 양쪽 단부에만 형성된다. 따라서, 전극군(110)에서 응력은 길이 방향 양쪽 단부에서만 크게 발생하며, 내측에는 응력을 최소화할 수 있다. 또한, 코어(230)에 홀들(237)이 형성되면, 홀들(237)이 형성된 부분에서 코어(230)가 탄성 변형할 수 있으므로, 코 어(230)와 전극군(110) 사이의 응력은 더욱 감소된다.

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 코어를 도시한 사시도이고, 도 12는 도 11에서 ⅩⅡ-ⅩⅡ선을 따라 잘라 본 코어의 횡단면도이다.

본 실시예에 따른 코어(240)는 대략 사각 기둥 형상으로 이루어지며, 내부에는 코어(240)를 길이 방향으로 관통하는 중공부(242)가 형성된다.

또한, 코어(240)는 모서리로 이루어진 지지부(241)와 지지부(241) 사이의 면으로 이루어진 회피면(245)을 갖는다. 지지부(241)는 코어(240)의 길이 방향 양단에 형성되고, 지지부(241) 사이에는 오목부(247)가 형성된다. 오목부(247)는 코어(240)의 모서리가 깎여져 형성되는 바, 코어(240)에서 양쪽 단부를 남겨 두고 중앙부분에서 모서리가 깎여져 오목부(247)가 형성되며 오목부(247)는 코어(240)의 내측을 향하여 대략 호형으로 함몰된 구조로 이루어진다. 코어(240)의 중심(O)에서 지지부(241)까지의 거리를 D1이라 하고, 코어(240)의 중심(O)에서 오목부(247)까지의 거리를 D2라 할 때, D1은 D2보다 더 크게 된다.

또한, 오목부(247)는 호형으로 이루지는 바, D2는 코어(240)의 길이 방향 외측에서 중심으로 갈수록 점진적으로 감소한다.

본 실시예와 같이 코어(240)의 모서리에 오목부(247)를 형성하면, 코어(240)와 전극군(110)이 코어(240)의 상단과 하단에 형성된 지지부(241)에서만 접촉하므로 코어(240)와 전극군(110) 사이에서 응력이 발생하는 것을 최소화 할 수 있으며 오목부(247)과 전극군(110) 사이에도 완충 공간(244)이 형성되므로 팽창하는 전극군(110)을 수용하여 응력의 발생을 최소화할 수 있다. 이에 따라 전극군(110)이 열화되는 것을 방지하여 이차 전지의 수명을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이차 전지의 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 코어를 도시한 사시도이고, 도 14는 도 13에서 ⅩⅣ-ⅩⅣ 선을 따라 잘라 본 코어의 횡단면도이다.

도 13 및 도 14를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 코어(260)는 대략 기둥 형상으로 이루어지며, 내부에는 코어(260)를 길이 방향으로 관통하는 중공부(262)가 형성된다.

또한, 코어(260)는 외면이 호형으로 이루어지며, 원에 내접하는 지지부(261)와 지지부(261) 사이에 형성되며, 코어(260)의 내측올 오목하게 만곡된 회피면(265)을 포함한다. 지지부(261)는 원에 내접하는 바, 지지부(261)의 곡률은 내접원의 곡률과 동일하게 형성된다. 이때, 내접원은 전극군(110)의 내측면이 형성하는 원이 된다.

이에 따라 지지부(261)와 전극군(110)이 접촉하는 면적은 모서리인 경우보다 증가하지만, 전극군(110)이 회피면(265)과의 공간으로 팽창할 수 있기 때문에 지지부(261)와 전극군(260) 사이에 작용하는 응력은 크지 않게 된다. 오히려 지지부(261)가 모서리인 경우에는 전극군(110)과 지지부(261)가 선으로 접촉하므로 접촉면에 응력이 집중하는 것에 비하여, 지지부(261)가 곡면인 경우에는 면으로 접촉하므로 응력을 분산시킬 수 있다.

한편, 회피면(265)은 코어(260)의 중심을 향하여 만곡된 곡면으로 형성되는 바, 회피면(265)이 평면으로 이루어지는 경우에 비하여 완충 공간(264)을 더 크게 형성할 수 있다. 이에 따라 팽창하는 전극군(110)을 수용하는 공간이 증가하므로 전극군(110)과 코어(260) 사이의 응력을 더욱 감소시킬 수 있다. 이를 위하여 중공부(262)의 내면이 코어(260)의 중심을 향하여 골곡되도록 형성되는 바, 회피면(265)이 만곡된 만큼 중공부(262)도 만곡되게 형성하여 회피면(265)의 곡률을 더욱 크게 형성할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 절개 사시도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 코어를 도시한 사시도이다.

도 3은 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 본 코어의 횡단면도이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 용량 스루풋에 따른 순간 용량의 변화를 도시한 그래프이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 코어를 도시한 사시도이다.

도 7은 도 6에서 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 잘라 본 코어의 횡단면도이다.

도 8은 도 7에서 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 잘라 본 코어의 종단면도이다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 코어를 도시한 사시도이다.

도 10은 도 9에서 Ⅹ-Ⅹ선을 따라 잘라 본 코어의 횡단면도이다.

도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 코어를 도시한 사시도이다.

도 12는 도 11에서 ⅩⅡ-ⅩⅡ선을 따라 잘라 본 코어의 횡단면도이다.

도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차 전지의 코어를 도시한 사시도이 다.

도 14는 도 13에서 ⅩⅣ-ⅩⅣ선을 따라 잘라 본 코어의 횡단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 이차 전지 110: 전극군

112: 양극 113: 음극

114: 세퍼레이터 120: 케이스

132: 음극 집전판 138: 양극 집전판

140: 캡 조립체 142: 벤트 플레이트

143: 캡 업 145: 절연부재

146: 캡 다운 147: 서브 플레이트

150: 리드부재 160: 코어

161: 지지부 162: 중공부

164: 완충 공간 165: 회피면

210a: 대단면적부 210b: 탄성 변형부

217, 237: 홀 247: 오목부

Claims

양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군;

상기 전극군이 내장되는 공간을 갖는 케이스;

상기 케이스와 결합되며 상기 전극군과 전기적으로 연결된 캡 조립체; 및

상기 전극군의 내부에 삽입되며, 상기 전극군의 내면과 맞닿는 지지부와 상기 지지부 사이에 형성되며 상기 전극군의 내면에서 이격된 회피면을 갖는 코어;

를 포함하는 이차 전지.
제1 항에 있어서,

상기 회피면과 상기 전극군의 내면 사이에는 완충 공간이 형성된 이차 전지.
제1 항에 있어서,

상기 코어에는 상기 코어를 길이 방향으로 관통하는 중공부가 형성된 이차 전지.
제1 항에 있어서,

상기 코어는 다각 기둥 형상으로 이루어진 이차 전지.
제4 항에 있어서,

상기 코어의 외측 모서리가 상기 지지부를 이루고, 상기 코어의 모서리 사이에 형성된 외면이 회피면을 이루는 이차 전지.
제1 항에 있어서,

상기 회피면은 평면으로 이루어진 이차 전지.
제1 항에 있어서,

상기 지지부는 상기 전극군의 내면과 접하는 곡면으로 이루어진 이차 전지.
제1 항에 있어서,

상기 회피면은 상기 코어의 중심을 향하여 만곡된 곡면으로 이루어진 이차 전지.
제1 항에 있어서,

상기 지지부는 상기 코어의 길이 방향 양단에 형성되고, 상기 지지부 사이에는 오목부가 형성된 이차 전지.
제9 항에 있어서,

상기 코어의 중심에서 상기 오목부까지의 거리는 상기 코어의 중심에서 상기 지지부까지의 거리보다 더 작은 이차 전지.
제9 항에 있어서,

상기 오목부에서 상기 코어의 중심과 상기 오목부 사이의 거리는 상기 코어의 길이 방향 중심으로 갈수록 점진적으로 감소하는 이차 전지.
제1 항에 있어서,

상기 코어의 회피면에는 상기 코어의 길이 방향을 따라 이어진 홀이 형성된 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 지지부는 상기 코어의 길이 방향 양쪽 단부에 형성되고, 양쪽 단부의 상기 지지부들 사이에는 홀이 형성된 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 코어의 길이 방향 양단에는 주변보다 큰 횡단면적을 갖는 대단면적부들이 형성되고, 상기 대단면적부들 사이에는 상기 대단면적부들의 횡단면적보다 더 작은 횡단면적을 갖는 탄성 변형부가 형성된 이차 전지.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전극군은 와류상으로 감겨진 이차 전지.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 케이스는 원통 형상으로 이루어진 이차 전지.