KR20130019713A

KR20130019713A - 이차 전지 및 이를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR20130019713A
Application number: KR1020110081835A
Authority: KR
Inventors: 김성종; 구자훈; 이영민
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2013-02-27
Also published as: KR101473392B1

Abstract

본 발명은 상부 절연판 및 하부 절연판의 구조 개선을 통해 전극 조립체의 상부 및 하부에서 양극판과 음극판의 쇼트를 효과적으로 방지할 수 있는 이차 전지 및 이를 제조하는 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 이차 전지는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 전지 캔; 상기 전지 캔의 개방단에 결합되는 캡 조립체; 상기 전극 조립체의 상부에 위치하고, 하부면이 경사지게 형성된 상부 절연판; 및 상기 전극 조립체의 하부에 위치하고, 상부면이 경사지게 형성된 하부 절연판을 포함한다.

Description

이차 전지 및 이를 제조하는 방법{Secondary battery and method for manufacturing the same}

본 발명은 이차 전지 및 이를 제조하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캔형 이차 전지에서 양극판과 음극판의 접촉을 방지할 수 있는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 가량으로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 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 외장재(케이스)를 구비한다.

한편, 리튬 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차 전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다. 이러한 각형 또는 원통형 이차 전지의 외장재는 개방단이 형성된 케이스, 즉 전지 캔 및 전지 캔의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.

도 1은 종래의 원통형 이차 전지의 개략적 단면도이고, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 이차 전지는 원통형 전지 캔(40), 전지 캔(40)의 내부에 수용되는 전극 조립체(30), 전지 캔(40)의 상부에 결합되는 캡 조립체(50), 전극 조립체(30)의 상부에서 전극 조립체(30)와 캡 조립체(50)를 절연시키는 상부 절연판(10) 및 전극 조립체(30)의 하부에서 전극 조립체(30)와 전지 캔(40)을 절연시키는 하부 절연판(20)을 포함할 수 있다.

여기서, 전극 조립체(30)는 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 권취한 젤리 롤 타입과, 소정 크기의 다수의 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 순차적으로 적층시킨 스택 타입으로 분류될 수 있다. 스택 타입의 전극 조립체(30)는 주로 파우치형 전지에 이용되고, 젤리 롤 타입의 전극 조립체(30)는 주로 캔형 이차 전지에 이용된다. 특히, 젤리 롤 타입의 전극 조립체(30)는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높으며, 원통형 또는 각형 전지의 캔에 수납이 용이하다는 장점을 가져 널리 이용되고 있다.

전극 조립체(30)에서 양극판과 음극판은 세퍼레이터에 의해 분리된 상태로 유지된다. 만일, 양극판과 음극판이 세퍼레이터에 의해 분리되지 못하고 직접 접촉하게 되면, 이차 전지의 양극과 음극은 쇼트 상태가 되고, 이 경우, 이차 전지의 발열이나 발화, 심한 경우 폭발과 같은 사고를 일으킬 수 있으므로 이차 전지의 안전성에 심각한 위협을 초래할 수 있다.

특히, 이와 같은 양극판과 음극판의 접촉은, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터가 끝나는 지점인 전극 조립체(30)의 상부 및 하부 단부에서 자주 발생할 수 있다.

종래, 이와 같이 전극 조립체(30)의 상부 및 하부 단부에서 양극판과 음극판의 접촉을 막기 위한 방안 중 하나로 세퍼레이터의 폭을 양극판 및 음극판의 폭보다 넓게 형성하는 기술이 이용되고 있다.

즉, 도 2를 참조하면, a1 부분으로 나타낸 바와 같이, 전극 조립체(30)의 상부 및 하부의 끝 부분에서 세퍼레이터(33)가 양극판(31) 및 음극판(32)보다 더 돌출되도록 함으로써 양극판(31)과 음극판(32)의 접촉 가능성을 낮추는 방안이 이용되고 있다.

하지만, 그럼에도 불구하고, a2 부분으로 나타낸 바와 같이, 부분적으로 양극판(31)과 음극판(32)이 세퍼레이터(33)에 의한 분리 상태를 유지하지 못하고 직접 접촉 가능하게 노출되는 경우가 발생할 수 있다. 그러므로, 전극 조립체(30)의 끝단에서 양극판(31)과 음극판(32)의 접촉 가능성으로 인한 이차 전지의 안전성 저해 요소는 여전히 존재하고 있으며, 이를 확실하게 방지할 수 있는 방안이 여전히 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 상부 절연판 및 하부 절연판의 구조 개선을 통해 전극 조립체의 상부 및 하부에서 양극판과 음극판의 쇼트를 효과적으로 방지할 수 있는 이차 전지 및 이를 제조하는 방법을 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, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 전지 캔; 상기 전지 캔의 개방단에 결합되는 캡 조립체; 상기 전극 조립체의 상부에 위치하고, 하부면이 경사지게 형성된 상부 절연판; 및 상기 전극 조립체의 하부에 위치하고, 상부면이 경사지게 형성된 하부 절연판을 포함한다.

바람직하게는, 상기 상부 절연판의 하부면과 상기 하부 절연판의 상부면은 서로 대칭된다.

또한 바람직하게는, 상기 세퍼레이터의 상단부 및 하단부가, 상기 상부 절연판의 하부면 및 상기 하부 절연판의 상부면에 의해 절곡된다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은 상술한 이차 전지를 포함한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지 제조 방법은, 전지 캔의 내부에 상부면이 경사지게 형성된 하부 절연판을 삽입하는 단계; 상기 하부 절연판의 상부로 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체를 삽입하는 단계; 상기 전극 조립체의 상부로 하부면이 경사지게 형성된 상부 절연판을 삽입하는 단계; 및 상기 전지 캔의 개방단에 캡 조립체를 결합하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 전극 조립체 삽입 단계는, 상기 전극 조립체가 상기 하부 절연판을 가압하는 단계를 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 상부 절연판 삽입 단계는, 상기 상부 절연판이 상기 전극 조립체를 가압하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 이차 전지에 새로운 구조의 상부 절연판 및 하부 절연판을 구비하도록 함으로써, 전극 조립체의 상단 및 하단에서 세퍼레이터가 양극판과 음극판을 확실하게 감싸도록 할 수 있어, 양극판과 음극판의 접촉 가능성이 효과적으로 방지될 수 있다.

그러므로, 본 발명에 따르면, 양극과 음극의 쇼트로 인한 이차 전지의 발열이나 발화, 폭발과 같은 문제가 생기는 것을 방지할 수 있으므로 이차 전지의 안전성 향상에 기여할 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, 종래의 원통형 이차 전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는, 도 1의 A 부분을 확대하여 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는, 도 3의 B 부분을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는, 도 3의 C 부분을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 상부 절연판 및 하부 절연판의 다양한 형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 10은, 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지 제조 방법에서 상부 절연판이 전극 조립체를 가압하는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

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 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지는, 전극 조립체(300), 전지 캔(400), 캡 조립체(500), 상부 절연판(100) 및 하부 절연판(200)을 포함한다.

상기 전극 조립체(300)는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터(330)를 사이에 두고 배치되어 전지 캔(400)에 수납된다. 이때, 전극 조립체(300)는 젤리-롤 형태로 권취되어 배치될 수 있는데, 이 경우 형태적인 특성에 따라 젤리-롤이라고도 불린다. 전극 조립체(300)의 전극판들은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성되는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 전극판에는 전극판들이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재할 수 있으며, 이러한 무지부에 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭이 부착될 수 있다. 이때, 양극 탭(340)은 전극 조립체(300)의 상단에 부착되어 양극 단자를 형성하는 캡 조립체(500)에 연결될 수 있고, 음극 탭은 전극 조립체(300)의 하단에 부착되어 음극 단자를 형성하는 전지 캔(400)의 바닥에 연결될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 이차 전지에서, 상기 전극 조립체(300)는 세퍼레이터(330)가 양극판 및 음극판보다 폭이 길게 형성되도록 하는 것이 좋다. 따라서, 도면에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(300)의 상부 및 하부에서 세퍼레이터(330)가 양극판 및 음극판보다 위 및 아래로 돌출될 수 있다.

상기 전지 캔(400)은, 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성되며, 상단이 개방된 개방부와 그와 대향되는 밀폐된 바닥부를 가진 원통형 또는 각형 구조를 가질 수 있다. 그리고, 이와 같이 형성된 전지 캔(400)의 내부 공간에는 전극 조립체(300)와 함께 전해액이 수납된다.

상기 캡 조립체(500)는, 전지 캔(400)의 개방단에 결합되어 전지 캔(400)을 밀폐시킨다. 이러한 캡 조립체(500)에는, 탑 캡(510), 안전 소자(520), 안전 벤트(530), 절연부재(540), 전류차단부재(550) 및 가스켓(560) 등의 구성 요소가 포함될 수 있다.

상기 탑 캡(510)은, 캡 조립체(500)의 최상부에 상부 방향으로 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성한다. 따라서, 상기 탑 캡(510)은 외부와 전기적으로 접속되도록 한다. 또한, 이러한 탑 캡(510)에는 가스가 배출될 수 있는 가스 구멍이 형성될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(300)로부터 가스 발생시 이러한 가스 구멍을 통해 전지 캔(400) 외부로 가스가 배출되도록 할 수 있다. 상기 탑 캡(510)은, 예를 들어 스테인리스 스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.

상기 안전 소자(520)는, 탑 캡(510)과 안전 벤트(530) 사이에 개재되어 탑 캡(510)과 안전 벤트(530)를 전기적으로 연결시킨다. 상기 안전 소자(520)는 전지의 과열에 의해 전지 내부의 전류의 흐름을 차단하기 위한 것으로서, 이를테면 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient element)로 형성될 수 있다.

상기 안전 벤트(530)는, 안전 소자(520)의 하부에서 안전 소자(520)와 접촉되도록 배치되며, 이차 전지의 내압이 일정 수준 이상으로 증가하는 경우 파열되도록 구성된다. 상기 안전 벤트(530)는, 도면에 도시된 바와 같이, 중심부가 하부 방향으로 돌출되도록 형성되고, 그러한 중심부 부근에 소정의 노치가 형성될 수 있다. 따라서, 이차 전지의 내부, 즉 전극 조립체(300) 쪽으로부터 가스가 발생하여 내압이 증가하게 되면, 안전 벤트(530)는 그것의 형상이 역전되면서 상향 돌출되게 되고, 노치들을 중심으로 파열될 수 있다. 따라서, 이러한 안전 벤트(530)의 파열된 부분을 통해 전지 캔(400)의 내부에 차 있던 가스가 외부로 배출될 수 있게 된다.

상기 전류차단부재(550)는, 상부의 적어도 일부분이 안전 벤트(530)의 하단에 연결되는 캡 조립체(500)의 구성 요소이다. 따라서, 정상적인 상태에서는 안전 벤트(530)의 하부 돌출 부분이 전류차단부재(550)와 접촉되어 전기적 접속을 이룰 수 있다. 그러나, 가스 발생으로 내압이 증가하여 안전 벤트(530)의 형상이 역전되면, 이러한 전류차단부재(550)와 안전 벤트(530) 사이의 전기적 접속이 차단될 수 있다. 또한, 상기 전류차단부재(550)의 하부는 전극 조립체(300), 보다 상세하게는 전극 조립체(300)에 부착된 전극 탭과 연결될 수 있다. 따라서, 정상적인 상태에서 전류차단부재(550)는 전극 조립체(300)와 안전 벤트(530) 사이에 통전이 이루어지도록 한다. 전류차단부재(550)의 소정 부위에는 노치가 형성될 수 있으며, 전류차단부재(550)는 이차 전지의 내부 압력에 의해 안전 벤트(530)와 함께 변형될 수 있다.

상기 절연부재(540)는, 안전 벤트(530)와 전류차단부재(550) 사이에 개재되어, 안전 벤트(530)의 돌출 부분과 전류차단부재(550)가 접촉되는 부분을 제외하고는 전류차단부재(550)와 안전 벤트(530)가 서로 전기적으로 절연되도록 한다.

상기 가스켓(560)은, 탑 캡(510), 안전 소자(520) 및 안전 벤트(530) 등의 테두리 부위를 감싼다. 따라서, 상기 가스켓(560)은, 도면에 도시된 바와 같이, 'C'자 형태로 굴곡될 수 있다. 상기 가스켓(560)은 전기 절연성과 내충격성, 탄력성 및 내구성을 가진 소재, 예를 들어 폴리올레핀(polyolefine) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 제조될 수 있다. 또한, 상기 가스켓(560)은 절연성이 약화되는 것을 방지하기 위해 열처리에 의하지 않고 기계적 가공에 의해 벤딩되는 것이 좋다.

한편, 본 발명은 이러한 캡 조립체(500)의 구체적인 구성이나 형태에 의해 제한되지 않으며, 캡 조립체(500)는 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 캡 조립체(500)에는 탑 캡(510), 안전 벤트(530) 및 가스켓(560)만을 구비하여 구성될 수도 있다.

상기 상부 절연판(top insulator)(100)은, 전극 조립체(300)의 상부에 위치하여 전극 조립체(300)와 캡 조립체(500) 사이를 절연시키는 구성요소로서, 절연성 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 상부 절연판(100)에는, 전극 조립체(300)의 양극 탭(340)을 관통시키기 위한 구멍이나 전해액을 주입하기 위한 구멍이 마련될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 상부 절연판(100)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 그 하부면이 경사지게 형성되어 있다. 여기서, 상부 절연판(100)의 하부면이 경사지게 형성되었다는 것은, 전지 캔(400)의 바닥부가 평평하다고 가정하였을 때, 전지 캔(400)의 바닥부로부터 상부 절연판(100)의 하부면에 이르는 높이가 상부 절연판(100) 전체에 걸쳐 동일하지 않고 부분적으로 다르게 구성됨을 의미한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 상부 절연판(100)의 경우, 그 하부면이 경사지게 구성되어 있기 때문에, 전극 조립체(300)의 세퍼레이터(330)는 상부 절연판(100)의 경사면을 따라 절곡될 수 있다. 이에 대해서는, 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 4는, 도 3의 B 부분을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 전극 조립체(300)는 상부 및 하부 단부에서 양극판(310)과 음극판(320)의 접촉을 방지하기 위해 세퍼레이터(330)의 폭이 양극판(310) 및 음극판(320)의 폭보다 넓게 구성되어, 전극 조립체(300)의 상부에서 세퍼레이터(330)가 양극판(310)과 음극판(320)보다 높게 돌출되도록 형성될 수 있다. 이때, 본 발명에 의하면, 상부 절연판(100)의 하부면이 경사지게 형성되어 있기 때문에, 전극 조립체(300)가 상부 절연판(100)과 접촉하게 되면, 양극판(310) 및 음극판(320)의 위로 돌출된 세퍼레이터(330)의 끝 부분이 이러한 상부 절연판(100) 하부면의 경사를 따라 절곡될 수 있다. 즉, 도 4에서 b1 부분으로 표시된 바와 같이, 세퍼레이터(330)의 상단에는 상부 절연판(100)과 접촉시 가압되어 눌려짐으로써 절곡된 부분이 형성될 수 있다. 그리고, 이와 같이 절곡된 부분은 양극판(310) 및 음극판(320)의 상부 끝 부분을 감싸는 형태가 되므로, 양극판(310)과 음극판(320)의 접촉을 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 하부 절연판(bottom insulator)(200)은, 전극 조립체(300)의 하부에 위치하여 전극 조립체(300)와 전지 캔(400) 사이를 절연시키는 구성요소로서, 상부 절연판(100)과 마찬가지로 절연성 재질로 이루어질 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 하부 절연판(200)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 그 상부면이 경사지게 형성되어 있다. 여기서, 하부 절연판(200)의 상부면이 경사지게 형성되었다는 것은, 전지 캔(400)의 바닥부가 평평하다고 가정하였을 때, 전지 캔(400)의 바닥부로부터 하부 절연판(200)의 상부면에 이르는 높이가 전체적으로 일정하지 않고 부분적으로 다르게 구성됨을 의미한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 하부 절연판(200)의 경우, 그 상부면이 경사지게 구성되어 있기 때문에, 전극 조립체(300)의 세퍼레이터(330) 하단부는, 세퍼레이터(330) 상단부가 상부 절연판(100)의 경사면을 따라 절곡된 것과 마찬가지로, 하부 절연판(200)의 경사면을 따라 절곡될 수 있다.

도 5는, 도 3의 C 부분을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 전극 조립체(300)의 하부에서 세퍼레이터(330)의 하단부가 양극판(310) 및 음극판(320)보다 아래로 돌출되게 형성될 수 있으며, 이러한 돌출 부분은, 하부 절연판(200) 상부면의 경사를 따라 절곡될 수 있다. 즉, 도 5에서 c1으로 표시된 부분과 같이, 세퍼레이터(330)의 하단은, 하부 절연판(200)과의 접촉시, 하부 절연판(200)에 의해 눌려짐으로써 절곡될 수 있다. 그리고, 이와 같이 절곡된 부분은 양극판(310) 및 음극판(320)의 하부 끝 부분을 감싸는 형태가 되므로, 양극판(310)과 음극판(320)의 하부 끝 부분이 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 이차 전지는, 상술한 바와 같이, 상기 상부 절연판(100)의 하부면과 상기 하부 절연판(200)의 상부면이 평평하지 않고 경사지게 형성되어 있기 때문에, 세퍼레이터(330)의 상단 및 하단이 양극판(310) 및 음극판(320)을 감싸는 형태로 절곡된 형태를 가질 수 있다.

바람직하게는, 상기 상부 절연판(100)의 하부면과 상기 하부 절연판(200)의 상부면은 서로 대칭되는 것이 좋다. 즉, 상기 상부 절연판(100)의 하부면 경사 형태와 상기 하부 절연판(200)의 상부면 경사 형태는, 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 대칭되게 형성되는 것이 좋다. 예를 들어, 상부 절연판(100)의 하부면이 10°의 경사각을 갖고 하향 경사지게 형성된다면, 하부 절연판(200)의 상부면은 그와 대칭되도록 10°의 경사각을 갖고 상향 경사지게 형성될 수 있다.

이와 같이, 상부 절연판(100)의 하부면과 하부 절연판(200)의 상부면을 서로 대칭되게 형성하는 경우, 상부 절연판(100)의 하부면과 하부 절연판(200)의 상부면에 의한 전극 조립체(300)의 압축 효과가 향상될 수 있으며, 세퍼레이터(330)의 하단 및 상단의 가압 효과도 보다 좋아질 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 상부 절연판(100) 및 하부 절연판(200)의 경사 형태는 일례에 불과하며, 이러한 상부 절연판(100) 및 하부 절연판(200)은 다양한 형태로 구현될 수 있다.

도 6 내지 도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 상부 절연판(100) 및 하부 절연판(200)의 다양한 형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.

우선, 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 절연판(100)의 하부면 및 하부 절연판(200)의 상부면은 경사지게 형성되되, 도 3의 실시예와 달리, 중앙으로 갈수록 상부 절연판(100)과 하부 절연판(200) 사이의 거리가 순차적으로 길어지도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 상부 절연판(100)의 하부면은 중앙으로 갈수록 전지 캔(400)의 바닥부로부터 높이가 순차적으로 높아지고, 하부 절연판(200)의 상부면은, 상부 절연판(100)의 하부면과 대칭되게, 중앙으로 갈수록 전지 캔(400)의 바닥부로부터 높이가 순차적으로 낮아지도록 구성될 수 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 도 3의 실시예와 마찬가지로 상부 절연판(100)의 하부면 및 하부 절연판(200)의 상부면이 중앙으로 갈수록 상호 거리가 순차적으로 짧아지도록 구성되되, 상부 절연판(100)의 전체 두께 및 하부 절연판(200)의 전체 두께는 일정하게 구성될 수 있다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 상부 절연판(100)의 하부면 및 하부 절연판(200)의 상부면이 전지 캔(400)의 바닥부로부터의 높이가 계단 형태로 단계적으로 증가하거나 단계적으로 감소하도록 구성될 수도 있다.

상기 도 6 내지 도 8 이외에도 이차 전지에서 상부 절연판(100) 및 하부 절연판(200)의 경사 형태가 다양하게 구성될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

한편, 상기 도 3 내지 도 8에서는, 전지 캔(400)에 비딩부가 형성된 이차 전지를 기준으로 도시되었으나, 본 발명은 이와 같은 비딩부가 형성되지 않은 이차 전지에 대해서도 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 상부 절연판(100)의 경우, 캡 조립체(500)에 대하여 스톱퍼(stopper)로서 역할을 할 수도 있다. 더욱이, 비딩부가 존재하지 않는 이차 전지의 경우, 전극 조립체(300)의 유동성이 문제가 될 수 있는데, 본 발명에 의하면, 상부 절연판(100) 및 하부 절연판(200)에 의해 전극 조립체(300)가 가압되어 전극 조립체(300)의 유동이 방지될 수 있으므로, 본 발명은 비딩부가 존재하지 않는 이차 전지에 적용되는 경우에도 바람직한 효과가 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 이차 전지를 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 양극판(310) 및 음극판(320)이 세퍼레이터(330)를 사이에 두고 배치된 전극 조립체(300), 전극 조립체(300) 및 전해액을 수납하는 전지 캔(400), 전지 캔(400)의 개방단에 결합되는 캡 조립체(500), 전극 조립체(300)의 상부에 위치하고 하부면이 경사지게 형성된 상부 절연판(100), 및 전극 조립체(300)의 하부에 위치하고 상부면이 경사지게 형성된 하부 절연판(200)을 포함하는 이차 전지를 하나 또는 그 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩에는 이러한 이차 전지 이외에도, 이차 전지에 연결되어 이차 전지의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 BMS(Battery Management System)와 같은 배터리 관리 시스템이나 각종 배터리 팩 보호 장치 등이 포함될 수 있다.

도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지를 제조하기 위해서는, 먼저 하단이 밀폐되고 상단이 개방된 전지 캔(400)을 마련하고, 그 내부에 하부 절연판(200)을 삽입한다(S110). 여기서, 하부 절연판(200)은 전극 조립체(300)와 대면하는 상부면이 경사지게 형성되어 있다. 한편, 전지 캔(400)은 원통형일 수 있으나, 각형과 같은 다른 형태도 가능하다. 또한, 전지 캔(400)에는 비딩부가 구비될 수도 있고, 비딩부가 구비되지 않을 수도 있다.

다음으로, 이와 같이 전지 캔(400)의 하부에 삽입된 하부 절연판(200)의 상부로 전극 조립체(300)를 삽입한다(S120). 여기서, 전극 조립체(300)는, 양극판(310) 및 음극판(320)이 세퍼레이터(330)를 사이에 두고 배치된 형태로 구성되되, 세퍼레이터(330)의 폭이 양극판(310) 및 음극판(320)의 폭보다 넓게 구성되어, 전극 조립체(300)의 상단 및 하단으로 세퍼레이터(330)가 양극판(310) 및 음극판(320)보다 돌출되는 형태를 갖는 것이 좋다.

바람직하게는, 상기 S120 단계에서, 전극 조립체(300)가 하부 절연판(200)을 가압하는 단계가 포함되는 것이 좋다. 즉, 하부 절연판(200)의 상부로 전극 조립체(300)를 삽입할 때, 전극 조립체(300)의 하부가 하부 절연판(200)의 상부면을 가압하도록 하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(300)의 하부에 돌출된 세퍼레이터(330)의 하단이 확실하게 절곡되도록 할 수 있다. 이 경우, 전극 조립체(300)의 하부에서 세퍼레이터(330)의 절곡된 부분이 양극판(310) 및 음극판(320)을 감싸 양극판(310)과 음극판(320)의 접촉을 방지할 수 있다.

이와 같이 전지 캔(400)에 전극 조립체(300)가 삽입되면, 다음으로, 전극 조립체(300)의 상부로 상부 절연판(100)을 삽입하는데(S130), 이때 상부 절연판(100)은 그 하부면이 경사지게 형성되어 있다.

바람직하게는, 상기 S130 단계에서, 상부 절연판(100)이 전극 조립체(300)를 가압하는 단계가 포함되는 것이 좋다. 이에 대해서는 도 10을 참조하여, 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.

도 10은, 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지 제조 방법에서 상부 절연판(100)이 전극 조립체(300)를 가압하는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 전극 조립체(300)의 상부로 상부 절연판(100)을 삽입할 때, 화살표 d1으로 표시된 바와 같이, 상부 절연판(100)의 하부면이 전극 조립체(300)의 상단을 가압하도록 할 수 있다. 그러면, 도 4에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(300)의 상부에 돌출된 세퍼레이터(330)의 상단이 상부 절연판(100)의 하부면에 의해 확실하게 눌려져 그 경사면을 따라 절곡될 수 있다. 그리고, 이와 같이 상부 절연판(100)이 전극 조립체(300)의 상부를 가압하는 경우, 전극 조립체(300)가 하부 방향으로 이동하여, 화살표 d2로 표시된 바와 같이, 전극 조립체(300)의 하부가 하부 절연판(200)의 상부면을 가압하는 효과를 가질 수도 있다. 그러면, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(300)의 하부에 돌출된 세퍼레이터(330)의 하단이 하부 절연판(200)의 상부면에 의해 눌려져 그 경사면을 따라 절곡될 수 있다. 그러므로, 상기 실시예에 의하면, 전극 조립체(300)의 상부뿐만 아니라 하부에서도 세퍼레이터(330)의 절곡된 부분이 형성될 수 있으며, 이러한 세퍼레이터(330)의 절곡된 부분이 양극판(310) 및 음극판(320)을 감싸 양극판(310)과 음극판(320)의 접촉을 방지하도록 할 수 있다. 더욱이, 이와 같이 상부 절연판(100)이 전극 조립체(300)를 가압하도록 하는 경우, 상부 절연판(100) 및 하부 절연판(200)이 전극 조립체(300)를 압박하여 전극 조립체(300)의 유동을 억제하는 효과를 가질 수도 있다.

이처럼, 전지 캔(400)의 내부에 하부 절연판(200), 전극 조립체(300) 및 상부 절연판(100)이 삽입되면, 전지 캔(400)의 내부로 전해액을 주입한다(S140). 다만, 이러한 전해액 주입 단계(S140)가 반드시 상부 절연판(100) 삽입 단계(S130) 이후에 수행되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 전해액 주입 단계(S140)는 상부 절연판(100) 삽입 단계(S130) 이전에 수행될 수도 있다.

그리고 나서, 전지 캔(400)의 개방단에는 캡 조립체(500)가 결합되어(S150), 전지 캔(400)을 밀폐시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 S110 단계 및 S130 단계에서 상기 전지 캔(400)의 내부로 삽입되는 하부 절연판(200)의 상부면과 상부 절연판(100)의 하부면은, 서로 대칭되는 것이 좋다.

한편, 본 명세서에서 '상부' 및 '하부', '상단' 및 '하단' 등과 같이 방향을 가리키는 용어들이 사용되었으나, 이러한 용어들은 해당 구성 요소의 상대적인 위치를 나타낼 뿐, 절대적인 위치를 나타내는 것은 아니다. 예를 들어, 전지 캔(400)의 내부에서 '상부'는 캡 조립체(500)가 있는 방향을 의미하고 '하부'는 전지 캔(400)의 바닥 방향을 의미한다.

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: 상부 절연판
200: 하부 절연판
300: 전극 조립체
330: 세퍼레이터
400: 전지 캔
500: 캡 조립체

Claims

양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체;
상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 전지 캔;
상기 전지 캔의 개방단에 결합되는 캡 조립체;
상기 전극 조립체의 상부에 위치하고, 하부면이 경사지게 형성된 상부 절연판; 및
상기 전극 조립체의 하부에 위치하고, 상부면이 경사지게 형성된 하부 절연판
을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 상부 절연판의 하부면과 상기 하부 절연판의 상부면은 서로 대칭되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 세퍼레이터의 상단부 및 하단부가, 상기 상부 절연판의 하부면 및 상기 하부 절연판의 상부면에 의해 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 전지 캔은, 원통형인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 전지 캔은, 비딩부를 구비하지 않는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 이차 전지를 포함하는 배터리 팩.
전지 캔의 내부에 상부면이 경사지게 형성된 하부 절연판을 삽입하는 단계;
상기 하부 절연판의 상부로 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체를 삽입하는 단계;
상기 전극 조립체의 상부로 하부면이 경사지게 형성된 상부 절연판을 삽입하는 단계; 및
상기 전지 캔의 개방단에 캡 조립체를 결합하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 전극 조립체 삽입 단계는, 상기 전극 조립체가 상기 하부 절연판을 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 상부 절연판 삽입 단계는, 상기 상부 절연판이 상기 전극 조립체를 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 상부 절연판의 상부면과 상기 하부 절연판의 상부면은 서로 대칭되는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 전지 캔은, 원통형인 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 전지 캔은 비딩부를 구비하지 않는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.