KR20130001873A - 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고출력 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공한다. 본 발명에 따른 이차 전지는, 도전성 플레이트의 양면에 양극 활물질 및 음극 활물질이 각각 도포된 상태로 구성되어 복수 개 적층된 바이폴라 플레이트; 상기 적층된 복수의 바이폴라 플레이트 중 음극 활물질이 도포된 면이 노출된 최외곽 바이폴라 플레이트와 대향되는 면에 양극 활물질이 도포되어 양극 단자를 형성하는 양극판; 상기 적층된 복수의 바이폴라 플레이트 중 양극 활물질이 도포된 면이 노출된 최외곽 바이폴라 플레이트와 대향되는 면에 음극 활물질이 도포되어 음극 단자를 형성하는 음극판; 상기 복수의 바이폴라 플레이트 사이, 상기 바이폴라 플레이트와 상기 양극판 사이 및 상기 바이폴라 플레이트와 상기 음극판 사이에 서로 격리된 상태로 수용된 전해액; 및 절연성 재질로 구성되고, 상기 복수의 바이폴라 플레이트, 상기 양극판 및 상기 음극판의 테두리가 삽입될 수 있도록 내주면에 복수의 홈이 형성된 절연성 케이스를 포함한다.

Description

이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩{Secondary battery and battery pack including the same}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일 이차 전지로도 높은 출력을 발생하는 것이 가능한 고출력 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
현대 사회에 있어서, 배터리는 노트북, 카메라, 휴대폰, MP3 등과 같은 휴대용 전자제품에서부터 자동차, 로봇, 위성 등의 각종 기기 및 장치에 광범위하게 이용되고 있다. 배터리는 일차 전지와 이차 전지로 구분될 수 있는데, 그 중 이차 전지는 반복적인 충방전이 가능하다는 측면뿐 아니라, 에너지의 저장이 가능하다는 측면에서 큰 장점을 가져 널리 이용된다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있으며, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
종래의 리튬 이차 전지에서, 전극 조립체는 통상적으로 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터(separator)가 개재된 상태로 권취, 폴딩 또는 적층된 구조를 갖는다.
한편, 최근에는 배터리가 사용되는 장치나 기기 등이 대형화 및 고성능화되어 가면서, 이차 전지에 대해 요구되는 출력이 점차 증가하고 있다. 특히, 탄소 에너지가 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 대한 수요가 점차 증가하고 있는데, 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전 에너지를 이용하여 차량 구동력을 얻기 때문에, 높은 출력을 필요로 한다. 따라서, 고출력 이차 전지에 대한 관심과 수요가 보다 증대되고 있다.
이와 같이 이차 전지에 대해 고출력이 요구되는 상황에서, 기존에는 이차 전지를 복수 개 직렬로 연결하여 고출력을 얻는 방식이 주로 택해지고 있다. 하지만, 이 경우, 많은 수의 이차 전지를 사용해야 하기 때문에 배터리 팩의 부피 및 중량이 커질 수 있다. 뿐만 아니라, 여러 개의 이차 전지를 직렬로 연결하기 위해서는 버스 바와 같은 연결 부재를 이용하는 것이 일반적인데, 이러한 연결 부재가 끊어지거나 연결 부재와 이차 전지 사이의 접속이 제대로 이루어지지 않는 경우도 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 여러 가지 문제로 인해 여러 개의 이차 전지를 직렬 연결하는 구성만으로 출력을 높이는 데에는 한계가 있으며, 보다 고출력을 낼 수 있는 이차 전지에 대한 요구가 날로 증가하고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 바이폴라 플레이트의 직렬 연결 구조를 통해 1개의 이차 전지로도 높은 출력을 낼 수 있는 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지는, 도전성 플레이트의 양면에 양극 활물질 및 음극 활물질이 각각 도포된 상태로 구성되어 복수 개 적층된 바이폴라 플레이트; 상기 적층된 복수의 바이폴라 플레이트 중 음극 활물질이 도포된 면이 노출된 최외곽 바이폴라 플레이트와 대향되는 면에 양극 활물질이 도포되어 양극 단자를 형성하는 양극판; 상기 적층된 복수의 바이폴라 플레이트 중 양극 활물질이 도포된 면이 노출된 최외곽 바이폴라 플레이트와 대향되는 면에 음극 활물질이 도포되어 음극 단자를 형성하는 음극판; 상기 복수의 바이폴라 플레이트 사이, 상기 바이폴라 플레이트와 상기 양극판 사이 및 상기 바이폴라 플레이트와 상기 음극판 사이에 서로 격리된 상태로 수용된 전해액; 및 절연성 재질로 구성되고, 상기 복수의 바이폴라 플레이트, 상기 양극판 및 상기 음극판의 테두리가 삽입될 수 있도록 내주면에 복수의 홈이 형성된 절연성 케이스를 포함한다.
바람직하게는, 상기 복수의 바이폴라 플레이트 사이, 상기 바이폴라 플레이트와 상기 양극판 사이 및 상기 바이폴라 플레이트와 상기 음극판 사이에 세퍼레이터가 구비되지 않는다.
또한 바람직하게는, 상기 바이폴라 플레이트, 상기 양극판 및 상기 음극판의 테두리와 상기 절연성 케이스의 홈 사이에 접착층을 구비한다.
또한 바람직하게는, 상기 바이폴라 플레이트, 상기 양극판 및 상기 음극판의 테두리와 상기 절연성 케이스의 내주면 사이에 실링 부재를 구비한다.
또한 바람직하게는, 상기 바이폴라 플레이트의 도전성 플레이트는, 알루미늄 재질로 구성된다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 이차 전지를 포함한다.
바람직하게는, 상기 배터리 팩은, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 사용되는 차량용 배터리 팩이다.
본 발명에 의하면, 도전성 플레이트의 양면에 양극 활물질과 음극 활물질이 도포된 바이폴라 플레이트의 직렬 연결 구조를 통해 하나의 이차 전지로도 높은 출력 성능을 낼 수 있다. 따라서, 배터리 팩에 포함되는 이차 전지의 직렬 연결 개수를 줄여, 배터리 팩의 부피, 중량 및 비용 등을 감소시킬 수 있다.
특히, 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 경우 배터리 팩의 고출력화가 보다 더 요구되는데, 본 발명에 의할 경우, 이러한 고출력 배터리 팩의 달성이 보다 용이해질 수 있다. 또한, 이러한 전기 자동차나 하이브리드 자동차뿐만 아니라, 고출력이 필요한 다양한 장치나 기기에 본 발명에 따른 이차 전지 또는 배터리 팩이 적용될 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 의하면, 양극 활물질과 음극 활물질 사이에 분리막이 개재되지 않을 수 있어, 리튬 이온의 전도성을 향상시킬 수 있으므로, 리튬 이차 전지의 충방전 속도가 보다 더 향상될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는, 도 1의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은, 도 1의 이차 전지에서 절연성 케이스만을 나타낸 구성의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연성 케이스의 홈과 바이폴라 플레이트 테두리의 결합 부분 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연성 케이스의 홈과 바이폴라 플레이트의 결합 부분 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.
도 6은,본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연성 케이스의 홈과 바이폴라 플레이트의 결합 부분 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지는, 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200), 음극판(300), 전해액(400) 및 절연성 케이스(500)를 구비한다.
상기 바이폴라(bi-polar) 플레이트(100)는, 도전성 플레이트(110)의 일면에 양극 활물질(120)이 도포되고 타면에 음극 활물질(130)이 도포된 형태로 구성된다.
여기서, 도전성 플레이트(110)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이러한 도전성 플레이트(110)의 구체적인 재질에 한정되는 것은 아니며, 도전성을 가진 다양한 재질이 본 발명의 도전성 플레이트(110)에 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 바이폴라 플레이트(100)를 적층된 상태로 복수 개 구비한다. 이때, 적층된 바이폴라 플레이트(100)는, 양극 활물질(120)이 도포된 면이 인접한 바이폴라 플레이트(100)의 음극 활물질(130)이 도포된 면과 대향되고, 음극 활물질(130)이 도포된 면이 인접한 바이폴라 플레이트(100)의 양극 활물질(120)이 도포된 면과 대향된다.
상기 양극판(200)은, 도전성 플레이트(210)의 일면에 양극 활물질(220)이 도포된 형태로 구성되며, 적층된 복수의 바이폴라 플레이트(100) 외곽에 위치한다. 이때, 양극판(200)의 양극 활물질(220)이 도포된 면은, 적층된 복수의 바이폴라 플레이트(100) 중 음극 활물질(130)이 도포된 면이 외부로 노출된 최외곽 바이폴라 플레이트(100)와 대향된다. 다시 말해, 도 1을 참조하면, 적층된 복수의 바이폴라 플레이트(100) 중 음극 활물질(130)이 도포된 면이 외부로 노출된 최외곽 바이폴라 플레이트(100)는 가장 상부에 위치하는 바이폴라 플레이트(100)인데, 상기 양극판(200)은 이러한 최상부의 바이폴라 플레이트(100)의 상부에 위치하여, 그 양극 활물질(220) 도포면이 최상부 바이폴라 플레이트(100)의 음극 활물질(130) 도포면과 대면한다.
상기 양극판(200)은, 도전성 플레이트(210)의 일면에만 양극 활물질(220)이 도포되어 있으며, 그 반대면은 양극 단자를 형성할 수 있다.
상기 음극판(300)은, 도전성 플레이트(310)의 일면에 음극 활물질(330)이 도포된 형태로 구성되며, 적층된 복수의 바이폴라 플레이트(100)를 기준으로 양극판(200)의 반대 부분에 위치할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 바이폴라 플레이트(100) 적층체를 기준으로, 양극판(200)이 상부에 위치할 때, 음극판(300)은 바이폴라 플레이트(100) 적층체의 하부에 위치할 수 있다. 이때, 음극판(300)의 음극 활물질(330)이 도포된 면은, 바이폴라 플레이트(100) 적층체 중 양극 활물질(120)이 도포된 면이 외부로 노출된 최외곽 바이폴라 플레이트(100)의 양극 활물질(120) 도포면과 대면한다. 즉, 도 1을 참조하여 설명하면, 적층된 복수의 바이폴라 플레이트(100) 중 가장 하부에 위치하는 바이폴라 플레이트(100)의 양극 활물질(120) 도포면과 대향되도록, 음극판(300)의 음극 활물질(330) 도포면이 위치한다.
상기 음극판(300)은, 도전성 플레이트(310)의 일면에만 음극 활물질(330)이 도포되어 있으며, 그 반대면은 음극 단자를 형성할 수 있다.
상기 양극판(200)과 음극판(300)의 도전성 플레이트(210, 310)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있으나, 본 발명이 이러한 재질로 한정되는 것은 아니며, 도전성을 갖는 다양한 재질이 본 발명의 양극판(200)과 음극판(300)의 도전성 플레이트(210, 310)로 이용될 수 있다.
한편, 도 1에서는 양극판(200)이 이차 전지의 상부에 위치하고 음극판(300)이 이차 전지의 하부에 위치하는 것으로 도시되었으나, 이러한 위치는 상대적인 것으로 이차 전지를 바라보는 관점에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
상기 전해액(400)은, 바이폴라 플레이트(100) 적층체의 바이폴라 플레이트(100) 사이, 바이폴라 플레이트(100)와 양극판(200) 사이 및 바이폴라 플레이트(100)와 음극판(300) 사이에 각각 수용되어 있다. 예를 들어, 바이폴라 플레이트(100) 적층체가 제1 내지 제3 바이폴라 플레이트(100)로 구성되어 있는 경우, 양극판(200)과 제1 바이폴라 플레이트(100) 사이, 제1 바이폴라 플레이트(100)와 제2 바이폴라 플레이트(100) 사이, 제2 바이폴라 플레이트(100)와 제3 바이폴라 플레이트(100) 사이 및 제3 바이폴라 플레이트(100)와 음극판(300) 사이에 전해액(400)이 수용될 수 있다.
그리고, 이와 같이 각각의 공간에 수용된 전해액(400)은, 서로 격리되어 있으며 다른 공간으로 이동될 수 없다. 예를 들어, 상기 실시예에서, 제1 바이폴라 플레이트(100)와 제2 바이폴라 플레이트(100) 사이에 수용된 전해액(400)은 제2 바이폴라 플레이트(100)와 제3 바이폴라 플레이트(100) 사이의 공간에 유입될 수 없으며, 이는 타 공간 사이에서도 마찬가지이다.
이와 같이 각 공간에 분리 수용된 전해액(400)은, 양극 활물질과 음극 활물질 사이에서 이온이 이동될 수 있도록 하여, 이차 전지가 충방전을 수행할 수 있도록 한다.
한편, 상기 전해액(400)은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 전해액(400)이 채용될 수 있다.
상기 절연성 케이스(500)는, 절연성 재질로 구성되어, 복수의 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200), 음극판(300) 및 전해액(400)을 수용한다.
특히, 본 발명에 따른 절연성 케이스(500)는, 복수의 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 및 음극판(300)의 테두리가 삽입될 수 있도록 내주면에 복수의 홈이 형성되어 있다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1의 이차 전지에서 절연성 케이스(500)만을 나타낸 구성의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 절연성 케이스(500)의 내주면에 오목부에 의한 홈(510)이 형성되어 있으며, 이러한 홈(510)에 바이폴라 플레이트(100)의 테두리(111)가 삽입될 수 있다. 그리고, 이와 같은 바이폴라 플레이트(100)와 절연성 케이스(500)의 끼움 결합 구성으로 인해, 절연성 케이스(500) 내부에서 바이폴라 플레이트(100)가 움직이지 않고 고정될 수 있다. 또한, 이러한 끼움 결합 구성은, 각각의 공간에 분리되어 수용된 전해액(400)이 타 공간으로 유출되지 않고, 전해액(400)의 격리 상태가 그대로 유지되도록 할 수 있다.
한편, 도 2에서는, 바이폴라 플레이트(100)의 테두리(111) 부분이 절연성 케이스(500)의 홈(510)에 삽입되는 구성을 위주로 설명되었으나, 양극판(200)의 테두리 및 음극판(300)의 테두리가 절연성 케이스(500)의 홈(510)에 삽입되는 구성도 이와 같이 설명될 수 있다.
또한, 도 3에서는, 절연성 케이스(500)가 각형인 것처럼 도시되었으나, 본 발명이 반드시 이러한 형태에 한정되는 것은 아니며, 원통형 등 다양한 형태로 구성될 수 있음은 물론이다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 절연성 케이스(500)의 홈(510) 형태나 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 및 음극판(300)의 테두리가 절연성 케이스(500)의 홈(510)에 삽입되는 구성은 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 이러한 구성으로 한정되는 것은 아니며, 이와 같은 절연성 케이스(500)의 홈(510) 형태나 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 및 음극판(300)의 테두리가 절연성 케이스(500)의 홈(510)에 삽입되는 구성은 이외에도 다양하게 존재할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연성 케이스(500)의 홈(510)과 바이폴라 플레이트(100) 테두리의 결합 부분 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.
도 4를 참조하면, 절연성 케이스(500)의 내주면에 돌기와 같은 볼록부(520)에 의한 홈(510)이 형성되어 있다. 즉, 도 2의 실시예에서는 절연성 케이스(500)의 내주면에 오목부가 형성됨으로 인해 홈(510)이 형성되는 구성이나, 도 4의 실시예에서는 절연성 케이스(500)의 내주면에 돌기와 같은 볼록부(520)가 형성됨으로써 홈(510)이 형성된다. 그리고, 이와 같이 볼록부(520)에 의해 형성된 홈(510)에 바이폴라 플레이트(100)의 테두리(111)가 삽입될 수 있다. 따라서, 바이폴라 플레이트(100)를 안정적으로 고정시킬 수 있음은 물론, 바이폴라 플레이트(100)에 의해 구분된 공간 사이에 전해액(400)이 물리적으로 확실하게 분리되도록 할 수 있다.
한편, 도 4에서는, 바이폴라 플레이트(100)의 테두리(111) 부분이 절연성 케이스(500)의 홈(510)에 삽입되는 구성을 위주로 설명되었으나, 양극판(200)의 테두리 및 음극판(300)의 테두리가 절연성 케이스(500)의 홈(510)에 삽입되는 구성에도 이와 같은 설명이 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 이차 전지는, 복수의 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 및 음극판(300)의 양극 활물질이 도포된 면과 음극 활물질이 도포된 면이 전해액(400)을 사이에 두고 대향된 구성을 갖는다. 그리고, 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 및 음극판(300)은 도전성 플레이트로 구성되어 있다. 따라서, 이러한 구성은, 하나의 이차 전지에서 전해액(400)을 사이에 두고 양극판(200)과 음극판(300)이 서로 대향된 구조가 복수 개 직렬로 연결된 형태가 된다. 그러므로, 종래 이차 전지에 비해, 하나의 이차 전지만으로도 높은 출력을 발생시킬 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 이차 전지는, 복수의 바이폴라 플레이트(100) 사이, 바이폴라 플레이트(100)와 양극판(200) 사이 및 바이폴라 플레이트(100)와 음극판(300) 사이에 세퍼레이터가 구비되지 않을 수 있다.
일반적으로, 이차 전지에는 양극 활물질이 도포된 양극판(200)과 음극 활물질이 도포된 음극판(300) 사이에 세퍼레이터가 개재되어 있다. 이러한 세퍼레이터는, 양극판(200)과 음극판(300)의 접촉을 방지하는 구성요소로, 대부분의 리튬 이차 전지에 구비되어 있다.
하지만, 본 발명에 따른 이차 전지는, 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 및 음극판(300)의 테두리가 절연성 케이스(500)의 홈(510)에 삽입되어 안정적으로 고정되어 있으므로, 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 및 음극판(300)의 움직임이 방지된다. 따라서, 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 및 음극판(300) 사이에 세퍼레이터가 개재되지 않더라도 이들이 서로 접촉될 염려가 없다. 그러므로, 리튬 이차 전지에서의 리튬 이온의 전도성이 종래의 리튬 이차 전지에 비해 향상될 수 있으므로, 충방전 속도 등의 이차 전지 특성이 개선될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 복수의 바이폴라 플레이트(100) 사이, 바이폴라 플레이트(100)와 양극판(200) 사이 및 바이폴라 플레이트(100)와 음극판(300) 사이는 소정 거리 이격되는 것이 좋다. 예를 들어, 복수의 바이폴라 플레이트(100) 사이, 바이폴라 플레이트(100)와 양극판(200) 사이 및 바이폴라 플레이트(100)와 음극판(300) 사이의 거리는 10um 이상인 것이 좋다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 경우 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 및 음극판(300)은 절연성 케이스(500)의 홈(510)에 결합되어 있어 상호간의 접촉이 방지될 수 있지만, 이처럼 각 구성요소 사이의 거리를 10um 이상 두는 경우 상호간의 접촉을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 이차 전지는, 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 및 음극판(300)의 테두리와 절연성 케이스(500)의 홈(510) 사이에 접착층을 구비할 수 있다. 이에 대해서는 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연성 케이스(500)의 홈(510)과 바이폴라 플레이트(100)의 결합 부분 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지에서, 바이폴라 플레이트(100)의 테두리(111) 부분이 절연성 케이스(500)의 홈(510)에 삽입될 때, 바이폴라 플레이트(100)의 테두리(111) 부분과 절연성 케이스(500)의 홈(510) 사이에 접착층(600)이 개재될 수 있다. 이러한 구성은, 이를테면, 접착층(600)이 도포된 바이폴라 플레이트(100)의 테두리(111) 부분이 절연성 케이스(500)의 홈(510)에 삽입되거나, 접착층(600)이 도포된 절연성 케이스(500)의 홈(510)에 바이폴라 플레이트(100)의 테두리(111) 부분이 삽입됨으로써 구현될 수 있다.
이와 같이, 바이폴라 플레이트(100)의 테두리(111) 부분과 절연성 케이스(500)의 홈(510) 사이에 접착층(600)이 구비되면, 바이폴라 플레이트(100)와 절연성 케이스(500)가 보다 강하게 밀착 결합될 수 있다. 따라서, 바이폴라 플레이트(100)가 보다 안정적으로 고정됨은 물론, 바이폴라 플레이트(100)와 절연성 케이스(500) 사이로 전해액(400)이 유출되는 것이 보다 효과적으로 방지될 수 있다.
한편, 도 5의 실시예에서는 바이폴라 플레이트(100)의 테두리(111)와 절연성 케이스(500)의 홈(510) 사이에 접착층(600)을 구비하는 구성이 설명되었으나, 이러한 구성은 양극판(200)의 테두리와 절연성 케이스(500)의 홈(510) 사이 또는 음극판(300)의 테두리와 절연성 케이스(500)의 홈(510) 사이에도 적용될 수 있다.
또한, 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 또는 음극판(300)의 테두리와 절연성 케이스(500)의 홈(510) 사이에 구비되는 접착층(600)은, 열이 소정량 이상 인가될 때 접착성이 발현되는 열경화성 접착 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 또는 음극판(300)을 절연성 케이스(500)에 삽입시에는 접착성이 발현되지 않아 접착층(600)의 방해를 받지 않고 삽입 공정이 진행될 수 있다. 그리고, 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 또는 음극판(300)이 절연성 케이스(500)에 삽입된 후, 소정량 이상의 열이 인가되도록 하여 접착층(600)의 접착성이 발현되도록 함으로써 접착층(600)이 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 또는 음극판(300)의 테두리와 절연성 케이스(500)가 서로 접착되도록 할 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에 의하면, 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 및 음극판(300)의 절연성 케이스(500) 삽입 공정이 원활하게 진행될 수 있으면서도, 삽입 후 접착성의 발현으로 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 및 음극판(300)과 절연성 케이스(500)의 결합이 강하게 이루어지도록 할 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 이차 전지는, 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 및 음극판(300)의 테두리와 절연성 케이스(500)의 내주면 사이에 실링 부재를 구비할 수 있다. 이러한 구성에 대해서는 도 6을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 6은,본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연성 케이스(500)의 홈(510)과 바이폴라 플레이트(100)의 결합 부분 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지에서, 바이폴라 플레이트(100)의 테두리(111) 부분이 절연성 케이스(500)의 홈(510)에 삽입된 상태에서, 바이폴라 플레이트(100)의 테두리(111) 부분과 절연성 케이스(500)의 내주면 사이에 실링 부재(700)가 도포될 수 있다. 이러한 실링 부재(700)는, 바이폴라 플레이트(100)와 절연성 케이스(500) 사이를 밀봉시켜 바이폴라 플레이트(100)와 절연성 케이스(500) 사이에 틈이 생기는 것을 방지한다. 따라서, 이러한 틈을 통해 전해액(400)이 유출되는 것을 방지함은 물론, 바이폴라 플레이트(100)와 절연성 케이스(500) 사이의 결합력을 강화시킬 수 있다.
이와 같은 실링 부재(700)로는, 다양한 재질이 이용될 수 있다. 예를 들어, 이차 전지의 전극 조립체에 사용되는 실링 테이프(sealing tape) 또는 보호 테이프 등이 실링 부재(700)로 이용될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이러한 실링 부재(700)의 구체적인 재질에 의해 한정되는 것은 아니며, 밀봉력 및/또는 결합력을 갖는 다양한 재질이 본 발명의 실링 부재(700)로 이용될 수 있다.
한편, 상기 도 6의 실시예에서는, 바이폴라 플레이트(100)의 테두리(111)와 절연성 케이스(500)의 내주면 사이에 실링 부재(700)를 구비하는 구성이 설명되었으나, 이러한 구성은 양극판(200)의 테두리와 절연성 케이스(500)의 내주면 사이 또는 음극판(300)의 테두리와 절연성 케이스(500)의 내주면 사이에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 이차 전지를 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 배터리 팩은, 양극 활물질과 음극 활물질이 도포된 바이폴라 플레이트(100), 양극 활물질이 도포되고 양극 단자를 형성하는 양극판(200), 음극 활물질이 도포되고 음극 단자를 형성하는 음극판(300), 각 공간 사이에 격리 수용된 전해액(400) 및 내주면에 홈(510)이 형성되어 바이폴라 플레이트(100), 양극판(200) 및 음극판(300)의 테두리가 삽입되는 절연성 케이스(500)를 포함하는 이차 전지를 하나 또는 그 이상 포함할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 배터리 팩에 포함되는 이차 전지는 그 자체가 직렬 연결 구조로 형성되어 있기 때문에 하나의 이차 전지로도 높은 출력을 낼 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 팩은 종래 배터리 팩에 비해 그에 포함된 직렬 연결된 이차 전지의 수가 적더라도 높은 출력을 낼 수 있다.
특히, 이와 같이 높은 출력을 낼 수 있는 특성으로 인해, 본 발명에 따른 배터리 팩은 고출력을 필요로 하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 이용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차용 배터리 팩인 것이 더욱 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 바이폴라 플레이트
110: 도전성 플레이트
120: 양극 활물질
130: 음극 활물질
200: 양극판
210: 도전성 플레이트
220: 양극 활물질
300: 음극판
310: 도전성 플레이트
330: 음극 활물질
400: 전해액
500: 절연성 케이스
510: 홈

Claims (9)

  1. 도전성 플레이트의 양면에 양극 활물질 및 음극 활물질이 각각 도포된 상태로 구성되어 복수 개 적층된 바이폴라 플레이트;
    상기 적층된 복수의 바이폴라 플레이트 중 음극 활물질이 도포된 면이 노출된 최외곽 바이폴라 플레이트와 대향되는 면에 양극 활물질이 도포되어 양극 단자를 형성하는 양극판;
    상기 적층된 복수의 바이폴라 플레이트 중 양극 활물질이 도포된 면이 노출된 최외곽 바이폴라 플레이트와 대향되는 면에 음극 활물질이 도포되어 음극 단자를 형성하는 음극판;
    상기 복수의 바이폴라 플레이트 사이, 상기 바이폴라 플레이트와 상기 양극판 사이 및 상기 바이폴라 플레이트와 상기 음극판 사이에 서로 격리된 상태로 수용된 전해액; 및
    절연성 재질로 구성되고, 상기 복수의 바이폴라 플레이트, 상기 양극판 및 상기 음극판의 테두리가 삽입될 수 있도록 내주면에 복수의 홈이 형성된 절연성 케이스
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 바이폴라 플레이트 사이, 상기 바이폴라 플레이트와 상기 양극판 사이 및 상기 바이폴라 플레이트와 상기 음극판 사이에 세퍼레이터가 구비되지 않는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 바이폴라 플레이트 사이, 상기 바이폴라 플레이트와 상기 양극판 사이 및 상기 바이폴라 플레이트와 상기 음극판 사이의 거리는 각각 10 um 이상인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바이폴라 플레이트, 상기 양극판 및 상기 음극판의 테두리와 상기 절연성 케이스의 홈 사이에 접착층을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 접착층은, 열경화성 접착 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 바이폴라 플레이트, 상기 양극판 및 상기 음극판의 테두리와 상기 절연성 케이스의 내주면 사이에 실링 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 바이폴라 플레이트의 도전성 플레이트는, 알루미늄 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제1항에 따른 이차 전지를 포함하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 팩은, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 사용되는 차량용 배터리 팩인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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