KR20110047120A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 제1 집전판; 서로 평행하게 배열되어, 상기 제1 집전판에 의하여 전기적으로 연결되는 복수의 전극 조립체들; 스페이서; 및 상기 제1 집전판, 복수의 전극 조립체들과 상기 스페이서를 수용하도록 구성된 캔을 포함한다. 상기 각 전극 조립체들은 대향하는 두 개의 단부들과, 상기 두 개의 단부들 사이에 형성되는 외측면을 포함하고, 상기 제1 집전판은 상기 전극 조립체들의 상기 두 개의 단부들 중 하나에 전기적으로 연결된다. 상기 스페이서는 인접한 상기 전극 조립체들 사이 및/또는 상기 캔의 내측면과 상기 전극 조립체들 중 적어도 하나의 사이에 위치하고, 상기 스페이서는 상기 전극 조립체들 중 적어도 하나의 외측면과 접촉하는 적어도 하나의 비선형부를 포함한다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고용량을 구현하는 이차 전지에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전이 가능하다. 예를 들면, 고용량의 요구에 따라 사이즈가 큰 원통형 셀이 요구된다.
동일 용량의 이차 전지에서, 작은 사이즈의 원통형 셀을 여러 개 사용하는 것 보다, 큰 사이즈의 원통형 셀을 한 개 사용하는 것이 셀들을 연결하는 부품이나 회로 장치를 줄이는 점에서 유리하다.
그러나 원통형 셀의 사이즈를 크게 형성하는 경우, 여러 가지 문제점이 발생된다. 예를 들면, 고용량 이차 전지를 만들기 위해서는, 젤리롤(Jelly Roll) 형태로 전극 조립체를 권취할 때, 저용량 이차 전지를 만들 때 보다 많은 권취 회전수를 필요로 한다.
전극 조립체에서 권취 회전수가 많아질수록 양극과 음극의 폭 차이를 증대시킴으로써, 안전한 원통형 셀을 형성할 수 있다. 그러나 양극과 음극의 폭 차이의 증대는 이차 전지의 용량을 저하시킨다.
또한, 큰 사이즈의 원통형 셀에서 전극 조립체가 고용량이므로 원통형 셀의 폭발력도 커지기 때문에 이차 전지의 안전성이 문제된다.
본 발명은 고용량 전극 조립체의 안전성 문제를 해결하고, 셀들을 연결하는 부품 및 회로 장치를 줄이며, 셀 스웰링(cell swelling)을 방지하고, 또한 전해액의 쏠림을 방지하는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 제1 집전판; 서로 평행하게 배열되어, 상기 제1 집전판에 의하여 전기적으로 연결되는 복수의 전극 조립체들; 스페이서; 및 상기 제1 집전판, 복수의 전극 조립체들과 상기 스페이서를 수용하도록 구성된 캔을 포함한다. 상기 각 전극 조립체들은 대향하는 두 개의 단부들과, 상기 두 개의 단부들 사이에 형성되는 외측면을 포함하고, 상기 제1 집전판은 상기 전극 조립체들의 상기 두 개의 단부들 중 하나에 전기적으로 연결된다. 상기 스페이서는 인접한 상기 전극 조립체들 사이 및/또는 상기 캔의 내측면과 상기 전극 조립체들 중 적어도 하나의 사이에 위치하고, 상기 스페이서는 상기 전극 조립체들 중 적어도 하나의 외측면과 접촉하는 적어도 하나의 비선형부를 포함한다.
상기 전극 조립체는 원통 형상을 가질 수 있다.
상기 스페이서의 적어도 하나의 상기 비선형부는 적어도 하나의 상기 전극 조립체의 외측면을 수용하도록 만곡된 곡면부를 가질 수 있다. 상기 스페이서의 상기 비선형부의 곡률은 적어도 하나의 상기 전극 조립체의 외측면의 곡률과 실질적으로 유사하다.
상기 스페이서는 복수의 제1 서브 스페이서들과 복수의 제2 서브 스페이서들을 포함하고, 상기 제1 서브 스페이서들 각각은 상기 두 개의 인접한 전극 조립체들의 외측면들이 실질적으로 끼워 맞춰지는 두 개의 대향하는 오목부를 포함하며, 상기 제2 서브 스페이서들 각각은 적어도 하나의 상기 전극 조립체들의 외측면이 끼워 맞춰지는 오목부와, 상기 캔의 내측면과 접촉하는 선형부를 포함한다. 상기 제1 서브 스페이서들 각각의 상기 오목부들에는 적어도 하나의 관통홀이 형성되고, 적어도 하나의 상기 관통홀은 상기 인접한 전극 조립체들 사이로 전해액의 유동 경로를 형성할 수 있다.
상기 스페이서는 상기 캔의 형태와 실질적으로 유사한 형태로 이루어지는 일체형 구조를 가지고, 상기 스페이서는 바닥, 상단, 및 측부를 포함하며, 상기 상단과 바닥은 서로 대향하고, 상기 측부는 상기 상단 및 바닥과 실질적으로 수직하게 형성된다.
복수의 삽입홀들은 상기 상단과 바닥 중 적어도 하나에 형성되고, 상기 스페이서는 복수의 상기 삽입홀들 각각을 통해 복수의 상기 전극 조립체들을 수납하도록 구성될 수 있다. 복수의 방열홀들이 상기 스페이서의 측부에 형성되어, 복수의 상기 전극 조립체들 중 적어도 하나가 상기 캔의 내측면을 향해 노출될 수 있다. 상기 스페이서와 캔은 실질적으로 직육면체 형상을 가질 수 있다.
상기 스페이서와 캔은 변형된 직육면체 형상을 가지며, 상기 스페이서의 측부는 적어도 하나의 만곡부를 가지고, 상기 캔은 상기 스페이서의 측부에 대응하는 적어도 하나의 만곡부를 가지며, 상기 스페이서의 만곡부의 곡률은 상기 캔의 만곡부의 곡률과 실질적으로 유사하게 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체들은 상기 캔 내부에서 단일 열(row)을 형성하도록 배열되거나, 상기 전극 조립체들은 상기 캔 내부에서 복수 열(row)을 형성하도록 배열될 수 있다.
상기 이차 전지는, 제2 집전판을 더 포함하고, 상기 복수의 전극 조립체들은 상기 제1 및 제2 집전판들에 의하여 전기적으로 연결되며, 상기 각 전극 조립체들은 대향하는 두 개의 단부들과, 상기 두 개의 단부들 사이에 형성되는 외측면을 포함하고, 상기 제1 및 제2 집전판은 상기 전극 조립체들의 상기 두 개의 단부들에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 스페이서는 합성수지재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는, 서로 평행하게 배열되어 전기적으로 연결되고, 각각은 대향하는 두 개의 단부들과, 상기 두 개의 단부들 사이에 형성되는 외측면을 포함하는, 복수의 전극 조립체들; 스페이서; 및 상기 복수의 전극 조립체들과 상기 스페이서를 수용하도록 구성된 캔을 포함한다. 상기 스페이서는 인접한 상기 전극 조립체들 사이 및/또는 상기 캔의 내측면과 상기 전극 조립체들 중 적어도 하나의 사이에 위치하고, 상기 스페이서는 상기 두 개의 인접한 전극 조립체들의 외측면들이 실질적으로 끼워 맞춰지는 복수의 오목부들을 포함할 수 있다.
상기 스페이서는 서로 분리되는 복수의 서브 스페이서들을 가지며, 상기 복수의 서브 스페이서들 각각은 상기 전극 조립체들 중 적어도 하나의 외측면과 접촉하는 적어도 하나의 오목부를 포함할 수 있다.
상기 스페이서는 상기 캔의 형태와 실질적으로 유사한 형태로 이루어지는 일체형 구조를 가지고, 상기 스페이서에 복수의 삽입홀이 형성되며, 상기 스페이서는 복수의 상기 삽입홀들 각각을 통해 복수의 상기 전극 조립체들을 수납하도록 구성될 수 있다.
상기 전극 조립체들은 상기 캔 내부에서 단일 열을 형성하도록 배열되거나, 상기 전극 조립체들은 상기 캔 내부에서 복수 열을 형성하도록 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 1캔 내에 저용량의 원통형 전극 조립체들을 복수로 내장하여 병렬로 연결하므로, 전극 조립체 내에서 양극과 음극의 폭 차이를 최소화하여 단위 셀의 이차 전지를 고용량으로 구현할 수 있고, 외부에서 이차 전지들을 연결하는 부품 및 회로 장치가 줄어들며, 또한 이차 전지가 고용량임에도 전극 조립체의 안전성이 확보되고, 종래의 각형 이차 전지에서 발생되는 셀 스웰링이 방지될 수 있다.
또한, 원통형 전극 조립체들 사이에 스페이서를 개재하여 이웃하는 저용량 원통형 전극 조립체들을 분리함으로써 캔에 원통형 전극 조립체 삽입시, 원통형 전극 조립체의 흔들림이 방지되고, 삽입 상태에서 전극 조립체가 캔에 견고하게 고정되며, 또한 캔 내부 공간에서 전해액의 쏠림 현상이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 전극 조립체의 분해 사시도이다.
도 4는 도1의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도1의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 6은 제1 실시예에 적용되는 스페이서의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 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 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 복수의 전극 조립체들(10), 제1 집전판(20)(이하에서, "하부 집전판"이라 한다), 제2 집전판(30)(이하에서, "상부 집전판"이라 한다), 캔(40), 캡 플레이트(50), 전극단자(60) 및 스페이서(70)를 포함한다.
이차 전지(100)는 하나의 캔(40) 내에 복수의 전극 조립체들(10)을 내장하여 형성된다. 즉 이차 전지(100)는 저용량의 전극 조립체들(10)을 복수로 구비하여 병렬로 연결하므로 고용량을 구현하면서 또한 폭발 위험으로부터 안전성을 유지할 수 있다.
도 3은 전극 조립체의 분해 사시도이고, 도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 전극 조립체(10)은 음극(11)과 양극(12) 및 이들 사이에 배치되는 절연재인 세퍼레이터(13)를 함께 권취함으로써, 젤리롤(Jelly Roll) 형태로 이루어진다. 상기 세퍼레이터(13)는 음극(11)과 양극(12) 사이에 개재되어, 양 전극들(11, 12)을 서로 절여시킨다.
예를 들면, 전극 조립체(10)은 원통형으로 이루어진다. 원통형 전극 조립체(10)의 중심에는 섹터 핀(14)이 배치되고, 섹터 핀(14)은 전극 조립체(10)의 원통 형상을 유지시킨다(도 4 참조).
음극(11) 및 양극(12)은 각각 박판의 금속 호일로 집전체를 형성하고, 집전체에 활물질이 도포된 코팅부(11a, 12a)와 활물질이 도포되지 않은 무지부(11b, 12b)를 포함한다. 즉 무지부(11b, 12b)는 각각 코팅부(11a, 12a)의 서로 반대측 끝에 형성된다.
음극(11)의 무지부(11b)에는 제1 리드탭(11c)(이하에서 "음극 리드탭"이라 한다)이 연결되고, 양극(12)의 무지부(12b)에는 제2 리드탭(12c)(이하에서 "양극 리드탭"이라 다)이 연결된다.
따라서 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 권취하여 형성되는 원통형 전극 조립체(10)에서, 음극 리드탭(11c)은 전극 조립체(10)의 외면에서 일측(하방)으로 돌출되고, 양극 리드탭(12c)은 전극 조립체(10)의 중심에서 음극 리드탭(11c)의 반대측(상방)으로 돌출된다(도 2 참조).
또한, 전극 조립체(10)은 1개의 캔(40) 내에 복수로 배치되므로 캔(40)의 내부 전체 공간에 비하여 작은 체적의 원통으로 형성된다. 따라서 전극 조립체(10)의 권취 회전수가 줄어듦으로써 이차 전지(100)의 안전성 유지를 위한 음극(11)과 양극(12)의 폭 차이(W11-W12)가 최소화될 수 있다. 이로 인하여, 이차 전지(100)의 용량 저하가 방지될 수 있다.
이차 전지(100)의 안전성은 양극(12)의 코팅부(12a)와 음극(11)의 코팅부(11a)가 서로 단락되는 것을 방지함으로써 향상될 수 있다. 이를 위하여, 양극(12) 코팅부(12a)의 폭(W12)을 음극(11) 코팅부(11a)의 폭(W11)보다 작게 형성(W12<W11)하는데, 전극 조립체(10)의 권취 회전수가 적어짐에 따라 이차 전지(100)의 안전성을 유지하기 위하여, 요구되는 폭 차이(W11-W12)가 최소화될 수 있다.
도 5는 도1의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 5를 참조하면, 전극 조립체들(10) 각각에서, 음극 리드탭들(11c)은 전극 조립체(10)의 하방으로 돌출되어, 전극 조립체들(10)의 하방에 배치되는 하부 집전판(20)에 용접으로 연결된다.
양극 리드탭들(12c)은 전극 조립체(10)의 상방으로 돌출되어, 전극 조립체들(10)의 상방에 배치되는 상부 집전판(30)에 용접으로 연결된다. 즉 복수의 전극 조립체들(10)은 하부 집전판(20)과 상부 집전판(30)에 의하여 병렬로 연결되어, 고용량을 구현한다.
캔(40)은 복수의 전극 조립체들(10)을 삽입하여 내장할 수 있도록 일측을 개방하는 직육면체의 각형으로 형성된다. 또한, 캔(40)은 저용량의 원통형 전극 조립체들(10)을 복수로 삽입할 수 있는 공간을 가지므로 고용량의 이차 전지(100)를 형성할 수 있게 한다. 따라서 복수의 이차 전지들(100)을 연결하여 사용할 때, 부품이나 회로 장치가 줄어 들 수 있고, 또한 셀 스웰링(cell swelling)이 방지될 수 있다.
한편, 스페이서(70)는 병렬로 연결되는 전극 조립체들(10) 사이에 개재되어 이웃하는 전극 조립체들(10)을 공간적으로 이격시키며, 전극 조립체들(10)을 삽입하거나 전극 조립체들(10)을 캔(40)에 삽입한 상태에서, 전극 조립체들(10)을 고정시킨다. 또한, 스페이서(70)는 전극 조립체들(10)로 형성되는 열(row)의 최외곽에 제공되어 전극 조립체(10)과 캔(40) 사이를 공간적으로 이격시키며, 전극 조립체들(10)을 캔(40)에 삽입한 상태에서 전극 조립체들(10)을 더 견고하게 고정시킨다.
도 6은 제1 실시예에 적용되는 스페이서의 사시도이다. 도 6을 참조하면, 스페이서(70)는 전극 조립체(10)의 높이(H1)에 대하여 적어도 일부 접촉하는 높이(H2)를 가지며, 이웃하는 원통형 전극 조립체들(10) 사이에 설정되는 공간을 점유하여 전극 조립체들(10)의 원통 외측면을 지지할 수 있도록 형성되는 곡면부(71)를 가진다. 제1 실시예는 전극 조립체(10)의 높이(H1)와 스페이서(70)의 높이(H2)가 동일한 구성을 예시한다. 다른 실시예에서, 스페이서의 높이(H2)는 전극 조립체(10)의 높이(H1)보다 더 높을 수 있다.
스페이서들(70) 중, 이웃하는 전극 조립체들(10) 사이에 배치되는 제1 스페이서(70A)는 곡면부(71)를 양면에 구비하고(도4, 도6 참조), 최외곽 전극 조립체(10)과 캔(40)의 내측면 사이에 배치되는 제2 스페이서(70B)는 곡면부(71)를 일면에 구비하고, 다른 일면을 캔(40)의 내측면에 대응하는 평면으로 형성된다(도 2, 도 4 참조).
스페이서(70)는 곡면부(71)에 높이(H2) 방향으로 이격되어 형성되는 관통홀(72)을 구비한다. 관통홀(72)은 스페이서(70)의 하측에 1개로 형성될 수 있으나, 도6에 도시된 바와 같이, 복수로 형성될 수도 있다. 복수로 형성되는 관통홀(72)은 서로 균일한 간격을 두고 이격되어 형성될 수 있다. 관통홀(72)은 캔(40) 내에서 스페이서(70)로 구획되는 양측 전극 조립체들(10)에 전해액의 유동 통로를 형성한다. 따라서 스페이서(70)는 전극 조립체들(10) 사이에서 전해액의 유동을 안내하여, 전극 조립체(10) 사이들에서 전해액이 한 쪽으로 치우는 것을 방지하고, 또한 치우친 전해액이 동일한 전해액 레벨을 형성할 수 있게 한다.
스페이서(70)는 원통형 전극 조립체들(10)의 배치에 따라 전극 조립체들(10)의 열(row) 방향에서 얇은 제1 두께(T1)로 설정되는 곡면부(71)의 중앙부(73)와, 제1 두께(T1) 보다 두꺼운 제2 두께(T2)로 설정되는 곡면부(71)의 외곽부(74)를 가진다.
스페이서(70)는 이웃하는 전극 조립체들(10) 사이에 개재되므로 전극 조립체들(10)의 방열을 차단한다. 따라서 스페이서(70)는 전극 조립체들(10)의 방열 차단을 최소화하는 것이 좋다. 즉 전극 조립체들(10)의 방열을 증대시키기 위하여, 스페이서(70)는 외곽부(74)를 부분적으로 절개한 방열부(75)를 형성한다. 방열부(75)는 스페이서(70)에 의한 전극 조립체들(10)의 외측면 차단을 최소화하고, 외측면의 노출을 증대시킨다.
제1 실시예에서, 방열부(75)는 스페이서(70)의 높이(H2) 방향을 따라 직선으로 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 곡선 및 요철과 같이 다양한 구조로 형성되어, 전극 조립체(10) 외측면의 노출을 증대시킬 수 있다(미도시).
또한, 방열부(75)는 외곽부(74)의 높이(H2) 방향 중앙에 형성되므로 외곽부(74)의 높이(H2) 방향 양단으로 전극 조립체들(10)을 지지하며, 방열 성능을 향상시킨다.
스페이서(70)는 우수한 성형성과 가공성을 가지며, 전기 절연성 및 내열성을 가지는 합성수지재로 형성될 수 있다. 예를 들면, 스페이서(70)는 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethyleneterephthalate) 및 폴리이미드(PI, polyimide)와 같은 수지로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이차 전지(100)는 아래와 같이 제조된다. 실시예에 따라서, 부가적인 단계가 추가되거나 일부 단계가 제외될 수 있으며, 단계의 순서가 변화될 수 있다. 캔(40)에 전극 조립체(10)를 삽입할 때, 전극 조립체들(10) 사이에 제1 스페이서(70A)를 개재하고, 전극 조립체들(10) 열(row)의 최외곽에 제2 스페이서(70B)를 구비하여, 전극 조립체들(10)을 제1, 제2 스페이서들(70A, 70B)과 함께 삽입한다.
캔(40)에 전극 조립체(10)와 스페이서(70)를 삽입한 상태에서, 캔(40)은 하부 집전판(20)에 용접으로 연결된다. 제1 실시예에서와 같이, 음극 리드탭(11c)이 하부 집전판(20)에 연결되면, 하부 집전판(20)에 연결되는 캔(40)은 이차 전지(100)에서 음극 단자로 역할 한다. 또한, 전극 조립체(10)에서 양극 리드탭이 하부 집전판에 연결되면, 하부 집전판에 연결되는 캔은 이차 전지에서 양극 단자로 역할 할 수 있다(미도시).
캔(40)은 철이나 알루미늄계의 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 제1 실시예에서와 같이, 캔(40)이 전극 조립체들(10)의 음극(11)에 연결되어 음극 단자로 역할 하는 경우, 캔(40)은 철로 형성될 수 있다. 또한, 캔이 전극 조립체들의 양극에 연결되어 양극 단자로 역할 하는 경우, 캔은 도전성이 철보다 우수한 알루미늄계로 형성될 수 있다(미도시).
캡 플레이트(50)는 전극 조립체들(10)과 스페이서들(70)을 삽입한 캔(40)의 개방 측에 결합되어, 전극 조립체들(10)과 전해액을 내장하는 캔(40)을 밀폐한다.
전극단자(60)는 캡 플레이트(50)에 설치되어, 캔(40) 내부에서 전극 조립체(10)의 양극(12)에 연결된다. 전극단자(60)는 연결부재(31)를 통하여 상부 집전판(30)에 연결된다.
예를 들면, 연결부재(31)는 일단으로 상부 집전판(30)에 용접으로 연결되고, 다른 일단에 연결구(32)를 형성하여, 전극단자(60)에 전기적으로 연결된다. 즉 전극단자(60)는 연결부재(31)와 상부 집전판(30)을 통하여 전극 조립체들(10)의 양극들(12)에 전기적으로 연결된다.
또한, 캡 플레이트(50)는 캔(40)을 통하여 전극 조립체들(10)의 음극(11)에 전기적으로 연결된다. 따라서 양극(12)에 전기적으로 연결되는 연결부재(31) 및 전극단자(60)는 캡 플레이트(50)와 전기적으로 절연 구조를 형성한다.
예를 들면, 하부 인슐레이터(33)는 캡 플레이트(50)와 연결부재(31) 사이에 개재되어, 연결부재(31)와 캡 플레이트(50)를 전기적인 절연시킨다. 상부 인슐레이터(34)는 캡 플레이트(50)의 상면과 전극단자(60) 사이 및 캡 플레이트(50)의 전극단자구(51)와 전극단자(60) 사이에 개재되어, 캡 플레이트(50)와 전극단자(60를 전기적으로 절연시키며 전극단자구(51)와 전극단자(60)를 전기적으로 절연시킨다.
이하에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 이하의 실시예들을 제1 실시예와 비교하여 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다. 제1 실시예의 이차 전지(100)는 전극 조립체들(10) 사이에서 독립적으로 제공되는 스페이서(70)를 예시한다. 이에 비하여, 제2 실시예의 이차 전지(200)는 전극 조립체들(10) 사이사이에 개재되고 전극 조립체들(10) 외곽에서 서로 연결되어 일체 구조를 형성하는 스페이서(270)를 예시한다.
도 7을 참조하면, 제2 실시예에서 스페이서(270)는 캔(240)에 삽입될 수 있도록 캔(240)에 대응하는 외관으로, 즉 직육면체 형상을 이루어지고, 전극 조립체들(10)이 각각 삽입되도록 전극 조립체(10)의 삽입 방향(도7에서 상하 방향)으로 관통 형성되는 삽입구(271)를 구비한다.
일 실시예에서, 상기 이차 전지(100)는 아래와 같이 제조된다. 실시예에 따라서, 부가적인 단계가 추가되거나 일부 단계가 제외될 수 있으며, 단계의 순서가 변화될 수 있다. 전극 조립체들(10)을 일체형 스페이서(270)의 삽입구(271)에 각각 삽입한 상태로, 스페이서(270)와 전극 조립체들(10)을 캔(240)에 삽입한다. 제2 실시예의 스페이서(270)는 전극 조립체들(10)의 열 방향으로 일체로 형성되어 캔(240)과 전극 조립체(10)를 공간적으로 이격시키고, 전극 조립체들(10)을 캔(240)에 삽입하거나 삽입한 상태에서 전극 조립체들(10)을 견고하게 고정시킨다.
스페이서(270)는 삽입된 전극 조립체들(10)을 내장하므로 전극 조립체들(10)의 방열을 방해하는 구조를 형성한다. 따라서 스페이서(270)는 전극 조립체들(10)의 방열을 증대시키기 위하여 열 방향에 직교하는 방향의 측면을 부분적으로 절개한 방열홀(275)를 형성한다. 방열홀(275)는 스페이서(270)에 의한 전극 조립체들(10) 외측면의 차단을 최소화하여, 전극 조립체들(10) 외측면의 노출을 증대시킨다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다. 제2 실시예의 이차 전지(200)는 캔(240) 및 스페이서(270)를 직육면체의 각형으로 형성한다. 이에 비하여, 제3 실시예의 이차 전지(300)는 캔(340) 및 스페이서(370)를 변형된 직육면체의 각형으로 형성한다.
제3 실시예에 도시된 바와 같이, 캔(340) 및 스페이서(370)는 직육면체 각형에서 전극 조립체들(10)의 열 방향 양단을 전극 조립체(10)의 외형에 대응하는 곡면으로 형성함으로써 변형된 각형으로 형성한다.
열 방향 양단을 곡면으로 형성한 캔(340) 및 스페이서(370)는 이차 전지(300)를 변형된 직육면체의 각형으로 형성한다. 제3 실시예의 이차 전지(300)는 제1, 제2 실시예의 이차 전지(100, 200)에 비하여, 더 작은 부피로 형성될 수 있다.
또한, 스페이서(370)는 전극 조립체들(10)의 방열을 증대시키기 위하여 열 방향에 직교하는 방향의 측면을 부분적으로 절개한 방열홀(375)를 형성한다. 방열홀(375)는 스페이서(370)에 의한 전극 조립체들(10) 외측면의 차단을 최소화하여, 전극 조립체들(10) 외측면의 노출을 증대시킨다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지(400)의 단면도이다.
상기 이차 전지(400)는 복수의 열을 형성하도록 배열된 전극 조립체들(10)을 포함한다. 도 9에는 세 개 열의 전극 조립체들(10)을 예시하였지만, 실시예에서 따라서 그 이상 또는 그 이하 개수 열로 이루어질 수도 있다. 도 9에 나타난 바와 같이, 캔(440)과 스페이서(470)는 복수 열의 전극 조립체들(10)과 대응하는 구조를 갖도록 형성되며, 본 실시예에서 상기 캔(440)은 변형된 직육면체 형상을 갖는다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차 전지(500)의 단면도이다.
상기 이차 전지(500)는 복수의 열을 형성하도록 배열된 전극 조립체들(10)을 포함한다. 도 10에는 세 개 열의 전극 조립체들(10)을 예시하였지만, 실시예에 따라서 그 이상 또는 그 이하 개수 열로 이루어질 수도 있다. 도 10에 나타난 바와 같이, 캔(540)과 스페이서(570)는 복수 열의 전극 조립체들(10)과 대응하는 구조를 갖도록 형성되며, 본 실시예에서 상기 캔(540)은 직육면체 형상을 갖는다.
이상을 통해 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.
100, 200, 300 : 이차 전지 10 : 전극 조립체
20 : 제1 집전판(하부 집전판) 30 : 제2 집전판(상부 집전판)
40, 240, 340 : 캔 50 : 캡 플레이트
60 : 전극단자 70, 270, 370 : 스페이서
70A : 제1 스페이서 70B, : 제2 스페이서
11 : 음극 12 : 양극
11a, 12a : 코팅부 11b, 12b : 무지부
11c : 제1 리드탭(음극 리드탭) 12c : 제2 리드탭(양극 리드탭)
13 : 세퍼레이터 14 : 섹터 핀
31 : 연결부재 32 : 관통구
33 : 하부 인슐레이터 34 : 상부 인슐레이터
51 : 전극단자구 71 : 곡면부
72 : 관통홀 73 : 중앙부
74 : 외곽부 75 : 방열부
271 : 삽입구 275, 375 : 방열홀
H1, H2 : 높이 T1, T2 : 제1, 제2 두께
W11 : 음극 코팅부 폭 W12 : 양극 코팅부 폭

Claims (21)

  1. 제1 집전판;
    상기 제1 집전판에 의하여 전기적으로 연결되는 복수의 전극 조립체들;
    스페이서; 및
    상기 제1 집전판, 복수의 전극 조립체들과 상기 스페이서를 수용하도록 구성된 캔
    을 포함하며,
    상기 각 전극 조립체들은 대향하는 두 개의 단부들과, 상기 두 개의 단부들 사이에 형성되는 외측면을 포함하고, 상기 제1 집전판은 상기 전극 조립체들의 상기 두 개의 단부들 중 하나에 전기적으로 연결되는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서는 인접한 상기 전극 조립체들 사이 및/또는 상기 캔의 내측면과 상기 전극 조립체들 중 적어도 하나의 사이에 위치하고,
    상기 스페이서는 상기 전극 조립체들 중 적어도 하나의 외측면과 접촉하는 적어도 하나의 비선형부를 포함하는 이차 전지.
  3. 제 2 항에서,
    상기 전극 조립체는 원통 형상을 갖는 이차 전지.
  4. 제 3 항에서,
    상기 스페이서의 적어도 하나의 상기 비선형부는 적어도 하나의 상기 전극 조립체의 외측면을 수용하도록 만곡된 곡면부를 갖는 이차 전지.
  5. 제 4 항에서,
    상기 스페이서의 상기 비선형부의 곡률은 적어도 하나의 상기 전극 조립체의 외측면의 곡률과 실질적으로 유사한 이차 전지.
  6. 제 2 항에서,
    상기 스페이서는 복수의 제1 서브 스페이서들과 복수의 제2 서브 스페이서들을 포함하고,
    상기 제1 서브 스페이서들 각각은 상기 두 개의 인접한 전극 조립체들의 외측면들이 실질적으로 끼워 맞춰지는 두 개의 대향하는 오목부를 포함하고,
    상기 제2 서브 스페이서들 각각은 적어도 하나의 상기 전극 조립체들의 외측면이 끼워 맞춰지는 오목부와, 상기 캔의 내측면과 접촉하는 선형부를 포함하는 이차 전지.
  7. 제 6 항에서,
    상기 제1 서브 스페이서들 각각의 상기 오목부들에는 적어도 하나의 관통홀이 형성되고,
    적어도 하나의 상기 관통홀은 상기 인접한 전극 조립체들 사이로 전해액의 유동 경로를 형성하는 이차 전지.
  8. 제 2 항에서,
    상기 스페이서는 상기 캔의 형태와 실질적으로 유사한 형태로 이루어지는 일체형 구조를 가지고, 상기 스페이서는 바닥, 상단, 및 측부를 포함하며,
    상기 상단과 바닥은 서로 대향하고, 상기 측부는 상기 상단 및 바닥과 실질적으로 수직한 이차 전지.
  9. 제 8 항에서,
    복수의 삽입홀들이 상기 상단과 바닥 중 적어도 하나에 형성되고,
    상기 스페이서는 복수의 상기 삽입홀들 각각을 통해 복수의 상기 전극 조립체들을 수납하도록 구성되는 이차 전지.
  10. 제 8 항에서,
    복수의 방열홀들이 상기 스페이서의 측부에 형성되어, 복수의 상기 전극 조립체들 중 적어도 하나가 상기 캔의 내측면을 향해 노출되는 이차 전지.
  11. 제 8 항에서,
    상기 스페이서와 캔은 실질적으로 직육면체 형상을 갖는 이차 전지.
  12. 제 8 항에서,
    상기 스페이서와 캔은 변형된 직육면체 형상을 가지며,
    상기 스페이서의 측부는 적어도 하나의 만곡부를 가지고,
    상기 캔은 상기 스페이서의 측부에 대응하는 적어도 하나의 만곡부를 가지며,
    상기 스페이서의 만곡부의 곡률은 상기 캔의 만곡부의 곡률과 실질적으로 유사한 이차 전지.
  13. 제 1 항에서,
    상기 전극 조립체들은 상기 캔 내부에서 단일 열(row)을 형성하도록 배열된 이차 전지.
  14. 제 1 항에서,
    상기 전극 조립체들은 상기 캔 내부에서 복수 열(row)을 형성하도록 배열된 이차 전지.
  15. 제 1 항에서,
    상기 스페이서는 합성수지재로 이루어지는 이차 전지.
  16. 제 1 항에서,
    제2 집전판을 더 포함하고,
    상기 복수의 전극 조립체들은 상기 제1 및 제2 집전판들에 의하여 전기적으로 연결되며,
    상기 각 전극 조립체들은 대향하는 두 개의 단부들과, 상기 두 개의 단부들 사이에 형성되는 외측면을 포함하고, 상기 제1 및 제2 집전판은 상기 전극 조립체들의 상기 두 개의 단부들에 전기적으로 연결되는 이차 전지.
  17. 서로 전기적으로 연결되고, 각각은 대향하는 두 개의 단부들과, 상기 두 개의 단부들 사이에 형성되는 외측면을 포함하는, 복수의 전극 조립체들;
    스페이서; 및
    상기 복수의 전극 조립체들과 상기 스페이서를 수용하도록 구성된 캔
    을 포함하며,
    상기 스페이서는 인접한 상기 전극 조립체들 사이 및/또는 상기 캔의 내측면과 상기 전극 조립체들 중 적어도 하나의 사이에 위치하고,
    상기 스페이서는 상기 두 개의 인접한 전극 조립체들의 외측면들이 실질적으로 끼워 맞춰지는 복수의 오목부들을 포함하는 이차 전지.
  18. 제 17 항에서,
    상기 스페이서는 서로 분리되는 복수의 서브 스페이서들을 가지며,
    상기 복수의 서브 스페이서들 각각은 상기 전극 조립체들 중 적어도 하나의 외측면과 접촉하는 적어도 하나의 오목부를 포함하는 이차 전지.
  19. 제 17 항에서,
    상기 스페이서는 상기 캔의 형태와 실질적으로 유사한 형태로 이루어지는 일체형 구조를 가지고,
    상기 스페이서에 복수의 삽입홀이 형성되며,
    상기 스페이서는 복수의 상기 삽입홀들 각각을 통해 복수의 상기 전극 조립체들을 수납하도록 구성되는 이차 전지.
  20. 제 17 항에서,
    상기 전극 조립체들은 상기 캔 내부에서 단일 열(row)을 형성하도록 배열되는 이차 전지.
  21. 제 17 항에서,
    상기 전극 조립체들은 상기 캔 내부에서 복수 열(row)을 형성하도록 배열되는 이차 전지.
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