KR20130114624A - 클립형 탄성구조체를 포함하는 리튬 이차전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

클립형 탄성구조체를 포함하는 리튬 이차전지 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 및 상기 전지케이스의 적어도 두 면 이상과 접촉하여 탄력적으로 클램핑하도록 서로 마주보는 제1 압착부와 제2 압착부를 포함하고, 상기 제1 압착부와 제2 압착부는 코일스프링 또는 판스프링에 의해 연결되어 있는 클립형 탄성구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 전지케이스에 코일스프링 또는 판스프링을 포함하는 클립형 탄성구조체를 고정시킴으로써, 전지케이스에 고정시 자유로운 탄성으로 인해 용이하게 고정이 가능하고, 스프링의 탄성계수에 의해 전지케이스에 지속적으로 적절한 압력을 가할 수 있어, 리튬 이차전지의 충방전시에 발생하는 가스를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 국부적인 전기 화학적 부반응 및 국부적인 가스발생을 방지할 수 있으므로, 리튬 이차전지의 성능 및 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

클립형 탄성구조체를 포함하는 리튬 이차전지 및 이의 제조방법{LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING ELASTIC CLIP DEVICE AND METHOD FOR PREPARATION THE SAME}
본 발명은 클립형 탄성구조체를 포함하는 리튬 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기 화학 소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기 화학 소자는 이러한 측면에서 가장 주목받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다. 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발이 진행되고 있다.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. 그러나, 이러한 리튬 이차전지는 유기 전해액을 사용하는 데 따르는 발화 및 폭발 등의 안전성에 문제가 생길 수 있고, 제조가 까다로운 단점이 있다.
일반적인 리튬 이차전지의 제조방법은 양극/음극 활물질을 이용하여 각각의 양극 필름과 음극 필름을 제조하고 상기 양극/음극 필름을 집전체에 도포하여 절연체인 분리막과 함께 감거나 적층하여 전극조립체를 제조 및 준비하고, 상기 전극조립체를 전지케이스에 삽입하고, 상기 전지케이스에 전해액을 주입하여 밀봉하고, 초기 충전시 발생되는 가스를 제거하기 위한 디개싱(degassing)을 수행하는 것을 포함하여 이루어진다.
또한, 이렇게 제조된 리튬 이차전지는 충전시 전해액내의 리튬 이온과 비수성 유기 용매가 반응하여 고체 전해질(solid electrolyte interface; SEI) 필름을 생성시키는데, 이때 H2, CO2, CH4, CH2, C2H6, C3H8, C3H6 등의 가스도 함께 발생된다. 상기 가스는 전지의 내압을 약 1.5~2.5 ㎏f/㎠ 이상 상승시키며, 이러한 내압의 증가로 인해 리튬 이차전지가 특정 방향으로 부풀어오르는 등 리튬 이차전지의 특정 면의 중심부가 변형되는 현상을 유발시키며, 이로 인해 리튬 이차전지 내 극판간 밀착성에서 국부적인 차이점이 발생하여 리튬 이차전지의 성능, 수명, 및 안정성이 저하되는 문제점이 생기게 되는바, 이에 대한 개선이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 전지케이스에 클립형 탄성구조체를 고정시킴으로써, 전극조립체의 충전시 전지케이스에 지속적인 압력을 가할 수 있어, 리튬 이차전지 내에 발생하는 가스를 억제하여 리튬 이차전지의 성능, 수명, 및 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 및 상기 전지케이스의 적어도 두 면 이상과 접촉하여 탄력적으로 클램핑하도록 서로 마주보는 제1 압착부와 제2 압착부를 포함하고, 상기 제1 압착부와 제2 압착부는 코일스프링 또는 판스프링에 의해 연결되어 있는 클립형 탄성구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 (가) 양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체를 제조하는 단계; (나) 상기 전극조립체를 전지케이스에 삽입한 후, 전해액을 주입하여 밀봉하는 단계; (다) 상기 전지케이스에 상기 전지케이스의 적어도 두 면 이상과 접촉하여 탄력적으로 클램핑하도록 서로 마주보는 제1 압착부와 제2 압착부를 포함하고, 상기 제1 압착부와 제2 압착부는 코일스프링 또는 판스프링에 의해 연결되어 있는 클립형 탄성구조체를 고정하는 단계; (라) 상기 전극조립체를 초기 충전하는 단계; 및 (마) 상기 초기 충전된 전극조립체에서 추후 발생할 수 있는 가스를 미리 발생시키고, 상기의 미리 발생된 가스를 제거하는 디개싱(degassing)하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법을 제공한다.
나아가 본 발명은 상기 리튬 이차전지 다수를 전기적으로 연결하여 포함하는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈 또는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 클립형 탄성구조체를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 전지케이스에 코일스프링 또는 판스프링을 포함하는 클립형 탄성구조체를 고정시킴으로써, 전지케이스에 고정시 자유로운 탄성으로 인해 용이하게 고정이 가능하고, 스프링의 탄성계수에 의해 전지케이스에 지속적으로 적절한 압력을 가할 수 있어, 리튬 이차전지의 충방전시에 발생하는 가스를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 국부적인 전기 화학적 부반응 및 국부적인 가스발생을 방지할 수 있으므로, 리튬 이차전지의 성능 및 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 전지 내에서 발생한 열을 보다 신속하게 외부로 전달 및 방출시킬 수 있어서, 전지 내의 온도 상승을 방지할 수 있고, 전지의 폭발 및 발화를 방지할 수 있어 전지의 안전성 측면에서도 효과적이다.
도 1 내지 3은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 클립형 탄성구조체들의 예를 도시한 것이다.
도 4 및 5는 본 발명의 실시예에 따라 전지케이스가 다양한 형태의 클립형 탄성구조체에 고정된 리튬 이차전지의 측면도이다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 전지케이스가 클립형 탄성구조체에 고정된 리튬 이차전지의 평면도이다.
본 발명자들은 전극조립체 충전시 전지케이스에 지속적인 압력을 가해줄 수 있는 클립형 탄성구조체를 리튬 이차전지에 적용하였고, 리튬 이차전지 내에 발생하는 가스를 억제할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지는 양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 및 상기 전지케이스의 적어도 두 면 이상과 접촉하여 탄력적으로 클램핑하도록 서로 마주보는 제1 압착부와 제2 압착부를 포함하고, 상기 제1 압착부와 제2 압착부는 코일스프링 또는 판스프링에 의해 연결되어 있는 클립형 탄성구조체를 포함한다.
일반적으로 리튬 이차전지는 충전시 전해액 내의 리튬 이온과 비수성 유기 용매가 반응하면서 가스도 함께 발생된다. 상기 가스는 전지의 내압을 상승시키며, 이러한 내압의 증가로 인해 리튬 이차전지가 특정 방향으로 부풀어오르는 등 리튬 이차전지의 특정 면의 중심부가 변형되는 현상을 유발시키며, 이로 인해 리튬 이차전지 내 극판간 밀착성에서 국부적인 차이점이 발생할 수 있어, 리튬 이차전지의 성능, 수명 및 안전성을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지는 전지케이스에 클립형 탄성구조체를 고정시킴으로써, 전극조립체의 충전시 전지케이스에 지속적인 압력을 가할 수 있어, 리튬 이차전지의 충방전시에 발생하는 가스를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 국부적인 전기 화학적 부반응 및 국부적인 가스발생을 방지할 수 있으므로, 리튬 이차전지의 성능, 수명, 및 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 클립형 탄성구조체에 있어서, 제1 압착부와 제2 압착부가 코일스프링 또는 판스프링에 의해 연결되어 있어, 전지케이스 고정시 자유로운 탄성으로 인해 전지케이스에 용이하게 고정이 가능하고, 스프링의 탄성계수에 의해 전지케이스에 지속적으로 적절한 압력을 유지할 수 있어, 본 발명의 목적하는 효과를 효율적으로 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코일스프링 또는 판스프링의 탄성계수는 4X103 Kg/㎣ 내지 8X103 Kg/㎣, 바람직하게는 7X103 Kg/㎣ 내지 8X103 Kg/㎣, 가장 바람직하게는 7.5X103 Kg/㎣ 내지 8X103 Kg/㎣인 것이 좋다. 상기 코일스프링 또는 판스프링의 탄성계수가 4X103 Kg/㎣ 미만인 경우, 전지케이스에 적절한 압력을 유지할 수 없어서, 본 발명의 목적하는 효과를 달성하기 어려울 수 있다.
상기 코일스프링 또는 판스프링의 재질은 상기 탄성계수를 만족하는 한 특별히 한정되지는 않지만, 60℃ 이상의 온도에서 물성이 변하지 않은 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 클립형 탄성구조체에 있어서, 제1 압착부와 제2 압착부는 전지케이스의 적어도 두 면 이상, 바람직하게는 두 면 내지 네 면과 접촉하여 탄력적으로 클램핑하도록 서로 마주보는 “
Figure pat00001
”형태, “
Figure pat00002
” 형태 또는 “
Figure pat00003
” 형태일 수 있으나, 전지케이스에 접촉하여 지속적인 압력을 가할 수 있는 한, 다양한 변형이 가능하다.
상기 클립형 탄성구조체에 있어서, 제1 압착부와 제2 압착부의 재질은 고탄성, 고강도, 또는 내열성을 가진 재질로 이루어지는 것이 바람직하고, 열전달이 잘 되는 알루미늄, 니켈, 철 및 구리로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물과 같은 금속류; 또는 PVC(poly(vinyl chloride), PTFE(polytetrafluoroethylene), PC(polycarbonate) 및 MC 나일론(mono cast nylon)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등의 플라스틱 수지를 사용할 수 있다. 이 중, 열전달이 잘되는 알루미늄, 철, 니켈 또는 구리가 바람직하고, 가장 바람직하게는 알루미늄이 좋다.
상기 제1 압착부와 제2 압착부의 재질을 열전달이 잘되는 즉, 열전도도가 높은 물질로 사용하는 경우, 전지 내에서 발생한 열을 보다 신속하게 외부로 전달 및 방출시킬 수 있어서, 전지 내의 온도 상승을 방지할 수 있고, 전지의 폭발 및 발화를 방지할 수 있다. 한편, 전지의 온도 상승을 효율적으로 방지함으로써, 전지 내의 추가적인 부반응을 더욱 억제할 수 있기 때문에 전지 안전성은 배가 되는 것이다.
본 발명에서 사용되는 전극조립체는 스택형, 스택-폴딩형, 및 젤리-롤형 중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하고, 스택형인 것이 클립형 탄성구조체에 용이하게 고정될 수 있어 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 구체적으로, 스택형 전극조립체는 다수의 양극과 음극이 분리막이 개재된 상태에서 적층되어 있으며, 상단에 양극단자와 음극단자가 돌출되어 있다.
본 발명에서 사용되는 전지케이스는 파우치형, 원통형, 및 각형 중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하고, 파우치형인 것이 가스 억제에 효과적이므로 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서 사용되는 클립형 탄성구조체는 전지케이스의 적어도 두 면 이상, 바람직하게는 두 면 내지 네 면과 접촉하여 탄력적으로 클램핑할 수 있도록 형성된다.
또한, 본 발명은 (가) 양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체를 제조하는 단계; (나) 상기 전극조립체를 전지케이스에 삽입한 후, 전해액을 주입하여 밀봉하는 단계; (다) 상기 전지케이스에 상기 전지케이스의 적어도 두 면 이상과 접촉하여 탄력적으로 클램핑하도록 서로 마주보는 제1 압착부와 제2 압착부를 포함하고, 상기 제1 압착부와 제2 압착부는 코일스프링 또는 판스프링에 의해 연결되어 있는 클립형 탄성구조체를 고정하는 단계; (라) 상기 전극조립체를 초기 충전하는 단계; 및 (마) 상기 초기 충전된 전극조립체에서 추후 발생할 수 있는 가스를 미리 발생시키고, 상기의 미리 발생된 가스를 제거하는 디개싱(degassing)하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법을 제공한다.
상기 (가) 및 (나) 단계는 양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체를 제조하고, 상기 전극조립체를 전지케이스에 삽입한 후, 전해액을 주입하여 밀봉하는 단계로, 당업계에 알려진 방법이면 어느 것이나 적용 가능하다. 이때, 상기 전극조립체는 스택형 전극조립체인 것으로, 다수의 양극과 음극이 분리막이 개재된 상태에서 적층될 수 있다.
상기 (다) 단계는 상기 전지케이스에 상기 전지케이스의 적어도 두 면 이상과 접촉하여 클램핑하도록 서로 마주보는 제1 압착부와 제2 압착부를 포함하고, 상기 제1 압착부와 제2 압착부는 코일스프링 또는 판스프링에 의해 연결되어 있는 클립형 탄성구조체를 고정하는 단계로, 전극조립체를 초기 충전하기 전 전지케이스에 클립형 탄성구조체를 미리 고정함으로써, 전극조립체의 충전시 전지케이스에 지속적인 압력을 가할 수 있어, 리튬 이차전지의 충방전시에 발생하는 가스를 최소화할 있다. 특히, 상기 제1 압착부와 제2 압착부가 코일스프링 또는 판스프링에 의해 연결되어 있어, 전지케이스 고정시 자유로운 탄성으로 인해 전지케이스에 용이하게 고정이 가능할 뿐만 아니라, 스프링의 높은 탄성계수에 의해 전지케이스에 강한 압력 및 지속적인 압력을 유지할 수 있어 국부적인 가스 발생을 효율적으로 방지할 수 있다. 이때, 전극조립체의 충전이라 함은 디개싱(degassing) 전 초기 충전 및/또는 리튬 이차전지의 제조 후 충전을 가리킨다.
상기 (라) 및 (마) 단계는 상기 전극조립체를 초기 충전하고, 상기 초기 충전된 전극조립체에서 추후 발생할 수 있는 가스를 미리 발생시키고, 상기의 미리 발생된 가스를 제거하는 디개싱(degassing)하는 단계로, 당업계에 알려진 방법이면 어느 것이나 적용 가능하다. 상기 초기 충전 조건은 특별히 한정되지는 않지만 0.1 C 내지 1 C의 전류, 및 2.5 내지 4.5 V의 전압조건에서 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 리튬 이차전지 다수를 전기적으로 연결하여 포함하는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈 또는 전지팩을 제공한다. 상기 중대형 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 전기 트럭; 전기 상용차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
도 1 내지 3은 본 발명의 실시예에 따라 다양한 클립형 탄성구조체를 도시한 것이다.
구체적으로 살펴보면, 도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, “
Figure pat00004
” 형태을 갖는 제1 압착부(11)와 제2 압착부(12)가 상기 전지케이스의 적어도 두 면 이상과 접촉하여 탄력적으로 클램핑하도록 서로 마주보고 있으며, 상기 제1 압착부(11)와 제2 압착부(12)는 코일스프링(13)에 의해 연결되어 있는 클립형 탄성구조체(10)를 나타낸 것이다. 여기서, 도 1(a)는 코일스프링이 늘어나기 전의 형태이며, 도 1(b)는 전지케이스의 두께에 따라 코일스프링이 늘어난 형태로, 이 경우, 코일스프링을 늘려 전지케이스를 보다 쉽게 고정할 수 있고, 전지케이스에 강한 압력 및 지속적인 압력을 더욱 효과적으로 유지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라, “
Figure pat00005
” 형태를 갖는 제1 압착부(21)와 제2 압착부(22)가 상기 전지케이스의 적어도 두 면 이상과 접촉하여 탄력적으로 클램핑하도록 서로 마주보고 있으며, 상기 제1 압착부(21)와 제2 압착부(22)는 판스프링(23)에 의해 연결되어 있는 클립형 탄성구조체(25)를 나타낸 것이다.
도 3의 (a) 및 (b) 각각은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라, “
Figure pat00006
” 형태 및 “
Figure pat00007
” 형태를 갖는 제1 압착부(31, 41)와 제2 압착부(32, 42)가 상기 전지케이스의 적어도 두 면 이상과 접촉하여 탄력적으로 클램핑하도록 서로 마주보고 있으며, 상기 제1 압착부(31, 41)와 제2 압착부(32, 42)는 양쪽으로 2개의 코일스프링, 즉 제1 코일스프링(33, 43) 및 제2 코일스프링(34, 44)에 의해 연결되어 있는 클립형 탄성구조체(30, 40)를 나타낸 것이다.
도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 코일스프링 또는 판스프링을 포함하는 클립형 탄성구조체가 전지케이스의 두 면 또는 네 면과 접촉하여 고정된 리튬 이차전지의 측면도이다.
구체적으로 살펴보면, 도 4(a)는 “
Figure pat00008
” 형태를 갖는 제1 압착부(11)와 제2 압착부(12)가 코일스프링(13)에 의해 연결된 클립형 탄성구조체가 전지케이스(20)와 접촉하여 고정된 리튬 이차전지(100)의 측면도이고, 도 4(b)는 상기 제1 압착부(21)와 제2 압착부(22)가 판스프링(23)에 의해 연결된 클립형 탄성구조체가 전지케이스(20)와 접촉하여 고정된 리튬 이차전지(200)의 측면도로서, 상기 클립형 탄성구조체는 전지케이스의 두 면과 접촉하여 고정되어 있다.
또한, 도 5(a)는 “
Figure pat00009
” 형태를 갖는 제1 압착부(51)와 제2 압착부(52)가 양쪽으로 제1 판스프링(53) 및 제2 판스프링(54)에 의해 연결된 클립형 탄성구조체가 전지케이스(20)와 접촉하여 고정된 리튬 이차전지(500)의 측면도이고, 도 5(b)는 상기 제1 압착부(31)와 제2 압착부(32)가 양쪽으로 제1 코일스프링(33) 및 제2 코일스프링(34)에 의해 연결된 클립형 탄성구조체가 전지케이스(20)와 접촉하여 고정된 리튬 이차전지(300)의 측면도로서, 상기 클립형 탄성구조체는 전지케이의 네 면과 접촉하여 고정되어 있다.
도 6 및 7은 본 발명의 실시예에 따라 전지케이스가 클립형 탄성구조체에 고정된 리튬 이차전지의 평면도를 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6 및 7의 (a)와 같이 전지케이스(20)에 접촉하는 클립형 탄성구조체(10)의 개수는 1개일 수 있으며, 이때 고정 위치는 가로 방향 또는 세로 방향일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 6 및 7의 (b)와 같이 전지케이스(20)에 접촉하는 클립형 탄성구조체(10)의 개수는 2개일 수 있으며 이때, 클립형 탄성구조체(10)의 개수가 2개인 경우, 도 6(b)와 같이 전지케이스(20)의 양쪽으로 클립형 탄성구조체(10)가 고정되어 형성되거나, 도 7(b)와 같이 전지케이스(20)의 세로 방향에 수직이 되도록 클립형 탄성구조체(10) 2개가 나란히 전지케이스(20)에 고정되어 형성될 수 있다.
상기 클립형 탄소구조체(10)는 전지케이스(20)의 상면 및 하면의 총 면적의 45% 내지 90%, 바람직하게는 70% 내지 90%, 가장 바람직하게는 80% 내지 90%로 접촉될 수 있다.
예를 들면, 상기 도 6의 (a)와 같이, 전지케이스(20)에 접촉하는 클립형 탄성구조체(10)의 개수가 1개인 경우, 바람직하게는 전지케이스(20)의 상면 및 하면의 총 면적의 약 45% 내지 90%, 바람직하게는 약 70% 내지 90%, 가장 바람직하게는 약 80% 내지 90%로 접촉되는 것이 바람직하다.
도 6의 (b)와 같이, 전지케이스(20)에 접촉하는 클립형 탄성구조체(10)의 개수가 2개인 경우, 1개의 클립형 탄성구조체가 전지케이스(20)의 상면 및 하면의 총 면적의 약 35% 내지 45%, 바람직하게는 약 40% 내지 45%로 접촉되어 2개의 클립형 탄성구조체(10)가 전지케이스(20)의 상면 및 하면의 총 면적의 바람직하게는 약 70% 내지 90%, 가장 바람직하게는 약 80% 내지 90%로 접촉되는 것이 좋다.
만약 상기 클립형 탄성구조체(10)의 접촉 면적이 전지케이스의 상면 및 하면의 총 면적의 45% 미만인 경우 전지케이스의 압력을 가하는 면적이 작아 본 발명의 효과인 리튬 이차전지 내에서의 가스 발생 방지 효과 및 열방출 효과가 미미할 수 있다.
실시예 1
(1) 양극 제조
양극활물질로 LiCoO2 92 중량%, 도전제로 카본 블랙 (carbon black) 4 중량%, 결합제로 PVdF 4 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 두께가 20㎛인 알루미늄(Al) 박막에 도포 및 건조를 통하여 양극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하였다.
(2) 음극 제조
음극활물질로 탄소 분말, 결합제로 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF), 도전제로 카본 블랙(carbon black)을 96:2:2의 중량비로 하여 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 두께가 10㎛인 구리(Cu) 박막에 도포, 건조를 통하여 음극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하였다.
(3) 리튬 이차전지 제조
상기 실시예 (1)에서 제조된 양극, 폴리올레핀 분리막, 및 상기 실시예 (2)에서 제조된 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체를 제조하고, 이를 전지케이스에 삽입한 후, 에틸렌카보네이트/프로필렌카보네이트/디에틸카보네이트(EC:PC:DEC=30:20:50 중량%)의 혼합 용매에 1M LiPF6가 용해된 전해액을 주입하여 밀봉하였다. 이때, 전지케이스에 도 4(a)와 같이 전지케이스의 두 면과 접촉하여 탄력적으로 클램핑하도록 서로 마주보는 제1 압착부(11)와 제2 압착부(12), 및 상기 제1 압착부(11)와 제2 압착부(12)가 탄성계수 8X103 Kg/㎣인 코일스프링(13)에 의해 연결되어 있는 클립형 탄성구조체(10)를 고정시켰다. 상기 전극조립체에 0.5 C의 전류, 3 V의 전압 조건에서 초기 충전을 수행하였고, 초기 충전이 수행된 전극조립체에서 추후 발생할 수 있는 가스를 미리 발생시키고, 상기의 미리 발생된 가스를 제거하는 디개싱(degassing)함으로써 최종적으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1의 리튬 이차전지의 제조에 있어서, 탄성계수 8X103 Kg/㎣인 코일스프링 대신 탄성계수 7.5X103 Kg/㎣인 판스프링을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 리튬 이차전지를 제조하였다.
비교예
전지케이스에 클립형 탄성구조체를 고정하지 않은 것을 제외하고는, 실시예와 동일하게 리튬 이차전지를 제조하였다.
실험예
본 발명에 따른 리튬 이차전지의 저항을 측정하기 위하여, 실시예 1과 2, 및 비교예에서 제조한 리튬 이차전지를 사용하여, 전압 범위 4.5~2.5 V에서 네번째 사이클로부터 0.5 C 충전/1.0 C 방전 실험을 행하였고, 이의 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
10 사이클 경과 후 용량 감소량(%) 50 사이클 경과 후 용량 감소량(%) 150 사이클 경과 후 용량 감소량(%)
실시예 1 5 % 10 % 16 %
실시예 2 8 % 15 % 20 %
비교예 12 % 20 % 28 %
본 발명의 실시예에서 제조한 리튬 이차전지의 경우, 150 사이클 경과 후 용량 감소량이 비교예에 비해 월등히 적었으며, 비교예에서 제조한 리튬 이차전지의 경우, 실시예 1과 2에서 제조한 리튬 이차전지와 비교할 때, 리튬 이차전지 내에 발생하는 가스를 효과적으로 억제하지 못하여 내압을 상승시키며, 전지의 용량의 급격한 편차가 발생되었다.
따라서, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 전지케이스에 클립형 탄성구조체를 고정시킴으로써, 전극조립체의 충전시 전지케이스에 지속적인 압력을 가할 수 있어, 리튬 이차전지 내에 발생하는 가스를 억제하여 리튬 이차전지의 성능, 수명, 및 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10, 25, 30, 40: 클립형 탄성구조체
20: 전지케이스
11, 21, 31,41, 51: 제1 압착부
12, 22, 32, 42, 52: 제2 압착부
13, 33, 34, 43, 44: 코일스프링
23, 53, 54: 판스프링
100, 200, 300, 500: 리튬 이차전지

Claims (16)

  1. 양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체;
    상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 및
    상기 전지케이스의 적어도 두 면 이상과 접촉하여 탄력적으로 클램핑하도록 서로 마주보는 제1 압착부와 제2 압착부를 포함하고, 상기 제1 압착부와 제2 압착부는 코일스프링 또는 판스프링에 의해 연결되어 있는 클립형 탄성구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일스프링 또는 판스프링의 탄성계수는 4X103 Kg/㎣ 내지 8X103 Kg/㎣인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 코일스프링 또는 판스프링의 탄성계수는 7X103 Kg/㎣ 내지 8X103 Kg/㎣인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 압착부와 제2 압착부는 “
    Figure pat00010
    ” 형태, “
    Figure pat00011
    ” 형태 또는 “
    Figure pat00012
    ” 형태인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 “
    Figure pat00013
    ” 형태의 제1 압착부와 제2 압착부는 양쪽으로 제1 코일스프링 및 제2 코일스프링으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 클립형 탄성구조체는 전지케이스의 두 면 내지 네 면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지케이스에 접촉하는 클립형 탄소구조체의 개수는 1개 또는 2개인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 클립형 탄소구조체는 전지케이스의 상면 및 하면의 총 면적의 45 % 내지 90 %로 접촉되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 클립형 탄소구조체는 전지케이스의 상면 및 하면의 총 면적의 70 % 내지 90 %로 접촉되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 압착부와 제2 압착부는 금속류 또는 플라스틱 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 금속류는 알루미늄, 철, 니켈 및 구리로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 플라스틱 수지는 PVC(poly(vinyl chloride), PTFE(polytetrafluoroethylene) PC(polycarbonate) 및 MC 나일론(mono cast nylon)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 압착부와 제2 압착부는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  14. (가) 양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체를 제조하는 단계;
    (나) 상기 전극조립체를 전지케이스에 삽입한 후, 전해액을 주입하여 밀봉하는 단계;
    (다) 상기 전지케이스에 상기 전지케이스의 적어도 두 면 이상과 접촉하여 탄력적으로 클램핑하도록 서로 마주보는 제1 압착부와 제2 압착부를 포함하고, 상기 제1 압착부와 제2 압착부는 코일스프링 또는 판스프링에 의해 연결되어 있는 클립형 탄성구조체를 고정하는 단계;
    (라) 상기 전극조립체를 초기 충전하는 단계; 및
    (마) 상기 초기 충전된 전극조립체에서 추후 발생할 수 있는 가스를 미리 발생시키고, 상기의 미리 발생된 가스를 제거하는 디개싱(degassing)하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  15. 제 1항에 따른 리튬 이차전지 다수를 전기적으로 연결하여 포함하는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈 또는 전지팩.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 중대형 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 전기 트럭; 전기 상용차; 및 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈 또는 전지팩.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180113246A (ko) * 2017-04-06 2018-10-16 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 단자 안전장치
DE102017210329A1 (de) 2017-06-20 2018-12-20 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle
CN110915015A (zh) * 2017-06-20 2020-03-24 罗伯特·博世有限公司 锂离子电池
WO2023096323A1 (ko) * 2021-11-23 2023-06-01 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 활성화 장치 및 이를 이용한 이차전지 제조 방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102188712B1 (ko) * 2016-07-14 2020-12-08 주식회사 엘지화학 전지셀 활성화 트레이
KR102267606B1 (ko) 2017-11-30 2021-06-21 주식회사 엘지에너지솔루션 셀 조립체에 대한 초기 가압력 강화 구조를 갖는 배터리 모듈 및 그 제조방법
JP7149233B2 (ja) * 2019-07-18 2022-10-06 本田技研工業株式会社 セル固定部品及びバッテリパック

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3365577B2 (ja) * 1994-05-27 2003-01-14 松下電器産業株式会社 密閉形ニッケル−水素蓄電池の単電池および単位電池
JPH09293529A (ja) * 1996-04-26 1997-11-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 円筒密閉型蓄電池及びその製造法
KR100280720B1 (ko) * 1998-11-20 2001-03-02 김순택 이차전지
KR20100109842A (ko) * 2009-04-01 2010-10-11 주식회사 엘지화학 지지부재를 포함하고 있는 이차전지
KR20130012469A (ko) * 2011-07-25 2013-02-04 삼성전기주식회사 에너지 저장 모듈

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180113246A (ko) * 2017-04-06 2018-10-16 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 단자 안전장치
DE102017210329A1 (de) 2017-06-20 2018-12-20 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle
CN110915015A (zh) * 2017-06-20 2020-03-24 罗伯特·博世有限公司 锂离子电池
WO2023096323A1 (ko) * 2021-11-23 2023-06-01 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 활성화 장치 및 이를 이용한 이차전지 제조 방법

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