KR20140017743A - 내진동성이 향상된 이차전지 - Google Patents

내진동성이 향상된 이차전지 Download PDF

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KR20140017743A
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Abstract

본 발명은 내진동성이 향상된 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전해액과 반응하여 스웰링되는 상부 절연체 및 하부 절연체를 구비함으로써, 셀의 상하 진동시 유격으로 인해 양극탭과 음극탭이 절단되는 현상이 방지되고 내진동 특성이 크게 강화된 이차전지에 관한 것이다.

Description

내진동성이 향상된 이차전지{SECONDARY BATTERY WITH IMPROVED VIBRATION RESISTANCE}
본 발명은 내진동성이 향상된 이차전지에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더, 노트북 및 PC, 나아가서는 전기자동차의 에너지원으로까지 적용 분야가 확대됨에 따라 전지의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있으며, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 특히 각광을 받고 있다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 이차전지 및 각형 이차전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류된다.
또한, 이차전지는 충방전이 가능한 발전소자로서, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는바, 대표적으로는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(bi-cell) 또는 풀셀(full cell) 등의 유닛셀들을 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
그 중, 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어서, 원통형 전지케이스에 탑재되는 전극조립체로 널리 사용되고 있다.
도 1에는 원통형 이차전지(100)의 일반적인 구조가 도시되어 있다.
원통형 이차전지(100)는 상부가 개구된 금속 캔 재질의 전지케이스(10) 내에 젤리-롤형 전극조립체(20)가 수용되고, 상기 전지케이스(10)의 개구된 상부를 캡 어셈블리(30)가 덮고 있으며, 상기 캡 어셈블리(30)는 탑캡(31), PTC 소자(32), 안전벤트(33), CID(34) 등으로 이루어져 있다. 또한, 상기 젤리-롤형 전극조립체(20)의 상단 및 하단에는 전극탭(21, 23), 캡 어셈블리(30) 등과의 절연성을 확보하기 위하여, 젤리-롤(20)의 수평단면 형상에 대응하는 절연성의 부재인 상부 절연체(top insulator)(40) 및 하부 절연체(bottom insulator)(50)가 각각 탑재되어 있다. 여기서, 상기 상부 절연체(40)와 상기 캡 어셈블리(30) 사이, 및 상기 하부 절연체(50)와 상기 전지케이스(10)의 하면 사이에는 각각 양극 및 음극으로부터 연장되어 외부로 노출된 제1 전극탭(21) 및 제2 전극탭(23)(즉, 양극탭 및 음극탭)이 위치하고 있다.
한편, 상기 제1 전극탭(21) 및 제2 전극탭(23)이 위치하는 영역, 즉 상기 상부 절연체(40)와 상기 캡 어셈블리(30) 사이, 및 상기 하부 절연체(50)와 상기 전지케이스(10)의 하면 사이에는 소정의 유격(裕隔)(점선 부분)이 존재한다. 즉, 원통형 이차전지(100)에서는 전극탭(21, 23)이 위치하는 상부 및 하부에 헐거운 부분이 존재하는데, 전지가 상하 진동하게 될 경우 이러한 유격에 의해 전극조립체(20)가 상부 또는 하부의 전극탭(21, 23)을 타격하여 전극탭(21, 23)이 절단되는 품질 이슈가 발생하게 된다. 이러한 문제는 원통형 이차전지(100)가 전동공구 등 강한 진동에 수시로 노출되는 장치의 전원으로 사용되거나, 낙하 등 뜻하지 않은 강한 외부충격에 노출될 경우 더욱 두드러진다.
이에, 이차전지, 특히 원통형 또는 각형 이차전지에 있어서, 전지케이스 내에 수용된 전극조립체의 유동을 방지하여 강한 진동시에도 전극탭이 절단되지 않도록 할 수 있는 내진동 특성이 강화된 이차전지에 대한 개발이 절실한 시점이다.
한국공개특허 특2003-0034428호
본 발명은 상기와 같은 요구 및 종래 문제를 해결하고자 한 것으로, 전지의 상하 진동시 유격으로 인해 양극탭과 음극탭이 절단되는 현상을 방지한 내진동 특성이 향상된 이차전지를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명은,
전지케이스; 상기 전지케이스 내에 수용되는 전극조립체; 상기 전지케이스의 상부를 덮는 캡 어셈블리; 상기 전극조립체의 상면에 위치하는 상부 절연체; 및 상기 전극조립체의 하면에 위치하는 하부 절연체;를 포함하고, 상기 상부 절연체와 상기 캡 어셈블리 사이, 및 상기 하부 절연체와 상기 전지케이스의 하면 사이에는 유격이 존재하며, 상기 상부 절연체 및 상기 하부 절연체는 전해액과 반응하여 스웰링(swelling)되는 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
또한, 상기 상부 절연체와 상기 캡 어셈블리 사이, 및 상기 하부 절연체와 상기 전지케이스의 하면 사이에는 각각 제1 전극탭 및 제2 전극탭이 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
그리고, 상기 상부 절연체 및 상기 하부 절연체가 전해액과 반응하여 스웰링(swelling)됨으로써, 상기 상부 절연체와 상기 캡 어셈블리 사이, 및 상기 하부 절연체와 상기 전지케이스의 하면 사이에 유격이 존재하지 않게 된 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
아울러, 상기 상부 절연체 및 상기 하부 절연체는 전해액 웨팅(wetting) 공정 중에 전해액과 반응하여 스웰링(swelling)된 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
더불어, 상기 이차전지가 상하로 진동시 상기 제1 전극탭 및 제2 전극탭의 절단이 방지되는 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
또한, 상기 상부 절연체 및 상기 하부 절연체는 기재, 및 전해액과 반응하여 스웰링(swelling)되는 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
그리고, 상기 기재는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리이미드(PI) 중에서 선택되는 1종 이상의 재질로 된 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
아울러, 상기 전해액과 반응하여 스웰링(swelling)되는 소재는 폴리아크릴레이트(poly acrylate)인 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
더불어, 상기 전해액과 반응하여 스웰링(swelling)되는 소재는 PMMA(poly methyl methacrylate), PEMA(poly ethyl methacrylate) 및 PBMA(poly butyl methacrylate) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
또한, 상기 상부 절연체의 두께는 0.3 ~ 0.5mm인 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
그리고, 상기 하부 절연체의 두께는 0.1 ~ 0.3mm인 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
아울러, 상기 전극조립체는 젤리-롤형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
더불어, 상기 상부 절연체 및 상기 하부 절연체는 전해액 중의 유기 용매와 반응하여 스웰링(swelling)되는 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
또한, 상기 유기 용매는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 에틸프로필 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, γ-부틸로락톤, n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 인산 트리에스테르, 디부틸 에테르, N-메틸-2-피롤리디논, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란과 같은 테트라하이드로푸란 유도체, 디메틸설폭시드, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런 및 그 유도체, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산 메틸, 트리메톡시 메탄, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로피온산 메틸, 및 프로피온산 에틸 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
그리고, 상기 이차전지는 원통형 또는 각형인 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
아울러, 상기 이차전지는 리튬이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
더불어, 상기 이차전지는 전동공구용 전지인 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지는 전해액과 반응하여 스웰링되는 상부 절연체 및 하부 절연체를 구비함으로써, 셀의 상하 진동시 유격으로 인해 양극탭과 음극탭이 절단되는 현상이 방지되고 내진동 특성이 크게 향상된 것이다.
도 1은 종래 일반적인 원통형 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 원통형 이차전지에서 상부 절연체 및 하부 절연체가 전해액과 반응하여 스웰링된 상태를 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 이차전지(100)는,
전지케이스(10); 상기 전지케이스(10) 내에 수용되는 전극조립체(20); 상기 전지케이스(10)의 상부를 덮는 캡 어셈블리(30); 상기 전극조립체(20)의 상면에 위치하는 상부 절연체(40); 및 상기 전극조립체(20)의 하면에 위치하는 하부 절연체(50);를 포함하고,
상기 상부 절연체(40)와 상기 캡 어셈블리(30) 사이, 및 상기 하부 절연체(50)와 상기 전지케이스(10)의 하면 사이에는 유격이 존재하며,
상기 상부 절연체(40) 및 상기 하부 절연체(50)는 전해액과 반응하여 스웰링(swelling)되는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 전지케이스(10)(예컨대, 금속 캔)는 전극조립체(20)를 수용하는 외장재로서 전극조립체(20)가 그 내부로 삽입될 수 있도록 일면(예컨대, 상면)이 개방된 개구부를 구비한다.
또한, 상기 전지케이스(10)는 후술하는 상부 절연체(40)의 상단 레벨에 맞추어 전지케이스(10)의 측면을 전지케이스(10)의 내측으로 구부려 형성되는 비딩부를 더 포함할 수 있다.
통상적으로, 상기 전지케이스(10)는 알루미늄, 스테인리스 강 등의 금속 재질의 캔(can)으로 형성된다.
상기 전극조립체(20)는 상기 전지케이스(10) 내에 수용되며, 일반적으로 양극재와 집전체로 구성된 양극, 음극재와 집전체로 구성된 음극, 및 상기 양극과 음극 간의 전기적 접촉을 차단하고 리튬이온을 이동케하는 분리막을 기본구조로 한 단위셀이 1개 이상 포함된 것이다.
상기 전극조립체(20)의 종류로는 젤리-롤형, 스택형, 스택-폴딩형(스택-Z-폴딩형 포함) 등을 들 수 있다.
젤리-롤형 전극조립체(20)는 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 다음 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조되는 구조로서, 원통형의 형태를 얻기 용이한 장점이 있다.
스택형 전극조립체(20)는 다수의 양극 및 음극 단위셀들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기 용이한 장점이 있다.
스택-폴딩형 전극조립체(20)는 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태로서, 일정한 단위 크기의 풀셀(full cell) 및/또는 바이셀(bi-cell)을 긴 길이의 연속적인 분리필름을 매개로 폴딩함으로써 제조된다.
일 구체예로, 본 발명의 이차전지(100)가 원통형 전지인 경우는 젤리-롤형 전극조립체(20)를, 각형 또는 파우치형 전지인 경우는 스택형 또는 스택-폴딩형 전극조립체(20)를 사용함이 바람직할 것이다. 구체적으로, 원통형 이차전지(100)의 경우 상기 전극조립체(20)는 직사각형의 판형으로 형성되는 제1 전극판 및 제2 전극판을 적층 및 권취한 젤리-롤형으로 형성될 수 있다. 따라서 상기 전극조립체(20)는 원통형의 형상을 가지며 전극조립체(20)의 중심은 비어 있어 중공을 형성한다. 추후, 상기 전극조립체(20)의 중심부에 형성되는 중공에는 센터 핀이 삽입될 수 있다. 상기 센터 핀은 외력에 의해 전극조립체(20)가 변형되는 것을 방지하고, 중심부가 비어 있는 경우에는 전극조립체(20)로부터 발생하는 가스의 이동 통로가 된다.
상기 전극조립체(20)는 전지케이스(10)의 개구부를 통해 그 내부로 삽입, 수용되며, 수용된 전극조립체(20)의 상면 및 하면에는 각각 후술하는 상부 및 하부 절연체(50)가 위치하게 된다.
상기 캡 어셈블리(30)는 상기 전지케이스(10)의 개구부를 덮어 밀봉하는 조립체로서, 일반적으로 탑캡(31), PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 안전벤트(33), CID(34)(Current Interrupt Device) 등의 세부 부품이 적층되어 형성된 구조이다.
구체적으로, 상기 캡 어셈블리(30)는 전극단자 역할을 하는 탑캡(31) 및 상기 탑캡(31)의 하부에 위치하는 하부 부품으로 이루어지고, 상기 하부 부품은 탑캡(31)의 하부에 순서대로 위치하는 PTC 소자(32), 안전벤트(33), CID(34)를 포함한다.
상기 캡 어셈블리(30)는 먼저 각 부품이 결합된 형태로 한꺼번에 절연 가스켓(35) 내에 설치되거나, 부품들이 차례로 절연 가스켓(35) 내에 적층될 수도 있다.
상기 캡 어셈블리(30)는 상기 절연 가스켓(35)이 전지케이스(10)의 개구부에 삽입된 후 상기 절연 가스켓(35) 내에 결합되어 전지케이스(10)를 밀봉하게 된다.
상기 상부 절연체(top insulator)(40)는 전지케이스(10)에 삽입된 전극조립체(20)의 상면, 즉 상기 캡 어셈블리(30)와 전극조립체(20) 사이에 위치하는 것으로서, 전극조립체(20)와 전극탭(21) 및 캡 어셈블리(30) 간의 절연성을 확보하기 구비되는 것이다. 상기 상부 절연체(40)는 전극조립체(20)의 상면 형태와 대응되는 판상형일 수 있으며, 이중 전극조립체(20)의 중심부와 대응하는 영역에는 통공이 형성될 수 있다.
상기 상부 절연체(40)는 전해액이 전극조립체(20) 내로 잘 스며들도록 형성되는 다수개의 홀을 구비할 수 있으며, 상기 다수개의 홀을 통하여 제1 전극탭(21)이 외부로 인출될 수 있고, 상기 제1 전극탭(21)을 외부로 인출하기 위한 별도의 홀을 더 구비할 수도 있다.
상기 하부 절연체(bottom insulator)(50)는 전지케이스(10)에 삽입된 전극조립체(20)의 하면, 즉 상기 전지케이스(10)의 하면과 전극조립체(20) 사이에 위치하는 것으로서, 전극조립체(20)와 전극탭(23) 및 전지케이스(10) 간의 절연성을 확보하기 구비되는 것이다. 상기 하부 절연체(50)는 전극조립체(20)의 하면 형태와 대응되는 판상형일 수 있으며, 이중 전극조립체(20)의 중심부와 대응하는 영역에는 통공이 형성될 수 있고, 다수개의 홀을 추가로 구비할 수 있다.
또한, 상기 상부 절연체(40)와 상기 캡 어셈블리(30) 사이, 및 상기 하부 절연체(50)와 상기 전지케이스(10)의 하면 사이에는 각각 제1 전극탭(21) 및 제2 전극탭(23)(즉, 양극탭 및 음극탭; 순서 무관)이 위치할 수 있다.
전극조립체(20)에 포함되는 제1 전극판 및 제2 전극판은 각각 슬러리가 도포되지 않는 무지부를 포함하며, 상기 제1 전극탭(21) 및 제2 전극탭(23)이 상기 무지부에 각각 통전 가능하도록 부착되어 있다. 이때, 상기 제1 전극탭(21)은 전지케이스(10)의 개구부 방향인 전극조립체(20)의 상면으로 인출되는 상향 전극탭이고, 제2 전극탭(23)은 전극조립체(20)의 하면으로 인출되는 하향 전극탭에 해당한다. 따라서, 전지케이스(10)는 제2 전극탭(23)과 같은 극성을 가지며, 전지케이스(10) 자체가 전극 단자의 역할을 하게 된다.
본 발명의 이차전지(100), 예를 들어 원통형 이차전지(100)에 있어서, 상기 제1 전극탭(21) 및 제2 전극탭(23)이 위치하는 영역, 즉 상기 상부 절연체(40)와 상기 캡 어셈블리(30) 사이, 및 상기 하부 절연체(50)와 상기 전지케이스(10)의 하면 사이에는 유격(裕隔)(점선 부분)이 존재한다. 즉, 전극탭(21, 23)이 위치하는 상부 및 하부에는 공간적으로 헐거운 부분이 존재하게 되는데, 전지가 상하 진동하게 될 경우 이러한 유격에 의해 전극조립체(20)가 상부 또는 하부의 전극탭(21, 23)을 타격하여 상기 전극탭(21, 23)이 절단되는 문제가 발생하게 된다.
이에, 본 발명에서는 이차전지(100)에 포함되는 상기 상부 절연체(40) 및 하부 절연체(50)로서, 전해액과 반응시 스웰링되는 절연체(이른바, swelling insulator)를 구비한 것이다. 이로써, 상기 상부 절연체(40) 및 하부 절연체(50)가 전해액과 반응하여 부풀어 올라 전극탭(21, 23)이 위치하는 영역의 유격을 완전히 없애거나 최소화시키는바 셀이 상하 진동하더라도 전극조립체(20) 유동에 따른 전극탭(21, 23) 절단 현상이 방지되어 내진동 특성이 현저히 강화된다.
바람직한 일 구체예에서, 본 발명의 이차전지(100)는 상기 상부 절연체(40) 및 상기 하부 절연체(50)가 전해액과 반응하여 스웰링됨으로써, 상기 상부 절연체(40)와 상기 캡 어셈블리(30) 사이, 및 상기 하부 절연체(50)와 상기 전지케이스(10)의 하면 사이의 유격이 완전히 없어진 것이다.
구체적으로, 상기 상부 절연체(40) 및 상기 하부 절연체(50)는 전해액 웨팅(wetting) 공정 중에 전해액과 반응하여 스웰링된 것이다. 즉 본 발명은 전지 제조 공정 중 전해액 주액, 함침 및 셀의 활성화 공정을 거쳐 전해액이 웨팅(wetting)되는 과정 중에 상기 절연체가 전해액과 접촉 및 스웰링됨으로써, 상부 및 하부의 유격을 완전히 없애 전지의 내진동 특성을 크게 강화한 것이다.
상기 상부 절연체(40) 및 하부 절연체(50)는 기재, 및 전해액과 반응하여 스웰링되는 소재를 포함하는 것일 수 있다.
여기서, 상기 기재는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리이미드(PI) 중에서 선택되는 1종 이상의 재질로 된 것일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전해액과 반응하여 스웰링되는 소재 또한 특별히 제한되는 것은 아니나, 일 구체예로 폴리아크릴레이트(poly acrylate)를 사용할 수 있다. 상기 폴리아크릴레이트로는 PMMA(poly methyl methacrylate), PEMA(poly ethyl methacrylate) 및 PBMA(poly butyl methacrylate)를 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 상부 절연체(40)의 두께는 0.3 ~ 0.5mm(바람직하게는, 약 0.4mm), 상기 하부 절연체(50)의 두께는 0.1 ~ 0.3mm(바람직하게는, 약 0.2mm)의 범위인 것이 바람직하다. 그 두께가 상기 하한 미만으로 너무 얇으면 전해액과 반응하여 스웰링되더라도 전지 내의 유격을 충분히 감소시킬 수 없어 전극조립체(20)의 유동을 효과적으로 방지하지 못할 수 있으며, 그 두께가 상기 상한을 초과하여 너무 두꺼우면 불필요하게 전지의 무게를 증가시켜 셀의 고에너지 밀도화를 어렵게 만들 수 있다.
상기 전해액은 이차전지(100)(예컨대, 리튬이차전지(100))에 통상적으로 사용되는 것으로서, 상기 상부 절연체(40) 및 하부 절연체(50)와 반응하여 이들을 스웰링시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 전해액으로는 비수계 전해액(비수계 유기 용매)으로서 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 상부 절연체(40) 및 상기 하부 절연체(50)는 전해액 중의 유기 용매(solvent)와 반응하여 스웰링되는 것일 수 있다. 여기서, 상기 상부 절연체(40) 및 상기 하부 절연체(50)와 반응가능한 유기 용매로는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 에틸프로필 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, γ-부틸로락톤, n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 인산 트리에스테르, 디부틸 에테르, N-메틸-2-피롤리디논, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란과 같은 테트라하이드로푸란 유도체, 디메틸설폭시드, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런 및 그 유도체, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산 메틸, 트리메톡시 메탄, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기 용매가 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전해액에는 리튬염을 더 첨가하여 사용할 수 있으며(이른바, 리튬염 함유 비수계 전해액), 상기 리튬염으로는 비수계 전해액에 용해되기 좋은 공지의 것, 예를 들어 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiPF3(CF2CF3)3, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 (비수계) 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위해 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온보존 특성을 향상시키기 위해 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명의 이차전지(100)를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당분야의 통상적인 방법을 사용하여 제조할 수 있다.
원통형 이차전지(100)로 예를 들면, 양극판, 분리막 및 음극판을 적층 후 권취하여 형성된 젤리-롤형 전극조립체(20)를 구비하고, 상기 전극조립체(20)와 전해액을 원통형의 금속 캔(10)에 수용하며, 전해액과 반응하여 스웰링될 수 있는 상부 절연체(40) 및 하부 절연체(50)를 원통형 금속 캔(10) 내부에 설치한 다음, 캡 어셈블리(30)로 상기 원통형 금속 캔(10)을 밀봉함으로써 본 발명의 이차전지(100)를 제조할 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 이차전지(100)는 상기 상부 절연체(40) 및 하부 절연체(50)를 구비함과 더불어, 전지 제조시 프레싱(pressing) 공정을 추가적으로 실시함으로써 전극조립체(20)의 상하 유동을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 이차전지(100)의 구체적인 종류는 특별히 한정되는 것은 아니나, 작동 전압 및 에너지 밀도가 우수한 리튬이차전지(100)에 특히 바람직하게 적용될 수 있다. 상기한 바와 같은 리튬이차전지(100)는 리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지 및 리튬폴리머전지 중 어떤 것으로도 제조되어 사용될 수 있다.
본 발명의 이차전지(100)는 그 용도가 특별히 한정되는 것은 아니나, 작동시 상하 진동이 심한 장치의 전원, 특히 전동공구의 전원으로 사용되기에 특히 바람직하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 전지케이스(금속 캔)
20: (젤리-롤형) 전극조립체
21: 제1 전극탭
22: 제1 전극탭 절연 테이프
23: 제2 전극탭
30: 캡 어셈블리
31: 탑캡
32: PTC 소자
33: 안전벤트
34: CID
35: (절연) 가스켓
40: 상부 절연체
50: 하부 절연체
100: (원통형) 이차전지

Claims (17)

  1. 전지케이스; 상기 전지케이스 내에 수용되는 전극조립체; 상기 전지케이스의 상부를 덮는 캡 어셈블리; 상기 전극조립체의 상면에 위치하는 상부 절연체; 및 상기 전극조립체의 하면에 위치하는 하부 절연체;를 포함하고,
    상기 상부 절연체와 상기 캡 어셈블리 사이, 및 상기 하부 절연체와 상기 전지케이스의 하면 사이에는 유격이 존재하며,
    상기 상부 절연체 및 상기 하부 절연체는 전해액과 반응하여 스웰링(swelling)되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 절연체와 상기 캡 어셈블리 사이, 및 상기 하부 절연체와 상기 전지케이스의 하면 사이에는 각각 제1 전극탭 및 제2 전극탭이 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 절연체 및 상기 하부 절연체가 전해액과 반응하여 스웰링(swelling)됨으로써, 상기 상부 절연체와 상기 캡 어셈블리 사이, 및 상기 하부 절연체와 상기 전지케이스의 하면 사이에 유격이 존재하지 않게 된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상부 절연체 및 상기 하부 절연체는 전해액 웨팅(wetting) 공정 중에 전해액과 반응하여 스웰링(swelling)된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 이차전지가 상하로 진동시 상기 제1 전극탭 및 제2 전극탭의 절단이 방지되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부 절연체 및 상기 하부 절연체는 기재, 및 전해액과 반응하여 스웰링(swelling)되는 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기재는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리이미드(PI) 중에서 선택되는 1종 이상의 재질로 된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전해액과 반응하여 스웰링(swelling)되는 소재는 폴리아크릴레이트(poly acrylate)인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전해액과 반응하여 스웰링(swelling)되는 소재는 PMMA(poly methyl methacrylate), PEMA(poly ethyl methacrylate) 및 PBMA(poly butyl methacrylate) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 상부 절연체의 두께는 0.3 ~ 0.5mm인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하부 절연체의 두께는 0.1 ~ 0.3mm인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전극조립체는 젤리-롤형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 상부 절연체 및 상기 하부 절연체는 전해액 중의 유기 용매와 반응하여 스웰링(swelling)되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 유기 용매는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 에틸프로필 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, γ-부틸로락톤, n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 인산 트리에스테르, 디부틸 에테르, N-메틸-2-피롤리디논, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란과 같은 테트라하이드로푸란 유도체, 디메틸설폭시드, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런 및 그 유도체, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산 메틸, 트리메톡시 메탄, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로피온산 메틸, 및 프로피온산 에틸 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지는 원통형 또는 각형인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 이차전지는 리튬이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이차전지는 전동공구용 전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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