KR20140098490A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20140098490A
KR20140098490A KR1020130011221A KR20130011221A KR20140098490A KR 20140098490 A KR20140098490 A KR 20140098490A KR 1020130011221 A KR1020130011221 A KR 1020130011221A KR 20130011221 A KR20130011221 A KR 20130011221A KR 20140098490 A KR20140098490 A KR 20140098490A
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김은정
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삼성에스디아이 주식회사
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 세퍼레이터와 전극의 계면에서 접합을 균일하게 하여, 세퍼레이터와 전극의 계면에서 리튬 솔트의 석출을 방지하는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 세퍼레이터의 양면에 전극을 적층하여 권취함으로써 양측에 설정되는 곡면부와 상기 곡면부 사이에 설정되는 평면부를 포함하는 전극 조립체, 상기 곡면부와 상기 평면부 중 적어도 어느 한 부분을 가압하는 가압 부재, 상기 가압 부재와 상기 전극 조립체를 내장하는 케이스, 및 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되어 상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트를 포함한다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 세퍼레이터와 전극의 계면에서 접합을 균일하게 하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
예를 들면, 이차 전지는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 및 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트를 포함한다. 전극 조립체는 세퍼레이터의 양면에 전극을 구비하여 권취하여 젤리롤(jelly roll) 상태로 형성될 수 있다.
이때, 전극 조립체는 양측에 곡면부를 형성하고, 곡면부 사이를 형성하는 평면부를 포함한다. 전극 조립체는 평면부에 수직 방향으로 작용하는 하중에 의하여 높은 응력을 받지만, 곡면부에서는 세퍼레이터와 전극이 긴밀하게 접합되기 어렵고 상대적으로 낮은 응력을 받는다.
따라서 전극 조립체는 곡면부와 평면부를 연결하는 부분에서 세퍼레이터와 전극의 계면에 불균일한 접합 상태를 형성할 수 있다. 이와 같이, 권취된 세퍼레이터와 전극의 계면이 불균일하게 접합되는 경우, 세퍼레이터와 전극의 계면에서 전해액이 불균일 하게 분포된다.
전해액의 불균일한 분포는 불균일한 접합 계면에서 가스 트랩(gas trap)을 형성한다. 가스 트랩은 세퍼레이터와 전극 계면의 접합을 더욱 불균일하게 하여 리튬 솔트(Li salt)의 석출(deposition)을 유발하고, 전지의 안전성을 저하시킨다.
본 발명의 일 실시예는 세퍼레이터와 전극의 계면에서 접합을 균일하게 하여, 세퍼레이터와 전극의 계면에서 리튬 솔트의 석출을 방지하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 세퍼레이터의 양면에 전극을 적층하여 권취함으로써 양측에 설정되는 곡면부와 상기 곡면부 사이에 설정되는 평면부를 포함하는 전극 조립체, 상기 곡면부와 상기 평면부 중 적어도 어느 한 부분을 가압하는 가압 부재, 상기 가압 부재와 상기 전극 조립체를 내장하는 케이스, 및 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되어 상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트를 포함한다.
상기 전극 조립체는, 상기 곡면부와 상기 평면부 사이에 설정되는 경계부를 더 포함하며, 상기 가압 부재는, 상기 경계부와 상기 평면부의 일부에 면접촉으로 가압하며 서로 마주하는 제1 가압부와 제2 가압부, 및 상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부를 서로 연결하는 지지부를 포함할 수 있다.
상기 가압 부재는, 상기 전극 조립체의 상부에 위치하는 제1 곡면부 측에 결합되는 제1 가압 부재, 및 상기 전극 조립체의 하부에 위치하는 제2 곡면부 측에 결합되는 제2 가압 부재를 포함할 수 있다.
상기 제1 가압 부재의 지지부는, 상기 곡면부를 향하는 관통구를 형성할 수 있다.
상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부는, 자유 상태의 경우, 상기 지지부에서 상기 지지부 반대측으로 가면서 간격이 좁아지고, 상기 경계부와 상기 평면부를 가압하는 상태에서, 상기 지지부와 직각을 형성하여 서로 나란한 상태를 유지할 수 있다.
상기 전극 조립체는, 상기 곡면부와 상기 평면부 사이에 설정되는 경계부를 더 포함하며, 상기 전극 조립체는 복수로 배치되고, 상기 가압 부재는, 복수의 전극 조립체들 중 최외곽에 배치되는 2개의 전극 조립체의 상기 경계부와 상기 평면부의 일부를 면접촉으로 가압하는 제1 가압부와 제2 가압부, 및 상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부를 서로 연결하는 지지부를 포함할 수 있다.
상기 가압 부재는, 상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부 사이에서 상기 지지부에 연결되고, 복수의 전극 조립체 사이에서 양면으로 상기 경계부와 상기 평면부의 일부를 면접촉으로 가압하는 적어도 하나의 제3 가압부를 더 포함할 수 있다.
상기 가압 부재의 지지부는, 복수의 전극 조립체 각각의 곡면부를 향하는 관통구를 적어도 하나 이상 형성할 수 있다.
상기 가압 부재의 상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부는, 자유 상태의 경우, 상기 지지부에서 상기 지지부 반대측으로 가면서 간격이 좁아지고, 상기 경계부와 상기 평면부를 가압하는 상태에서, 서로 나란한 상태를 유지할 수 있다.
상기 지지부는 상기 곡면부에 대응하는 곡면으로 형성되어 상기 곡면부에 면접촉으로 지지하고, 상기 곡면부를 향하는 관통구를 형성할 수 있다.
상기 제1 가압부, 상기 지지부 및 상기 제2 가압부는 상기 평면부 및 상기 곡면부를 따라 동일 두께로 형성될 수 있다.
상기 제1 가압부, 상기 지지부 및 상기 제2 가압부는 상기 평면부에서 형성되고, 상기 평면부에서 상기 곡면부로 가면서 점차 두꺼워지는 두께로 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체는, 상기 곡면부와 상기 평면부 사이에 설정되는 경계부를 더 포함하며, 상기 가압 부재는, 상기 경계부를 가압하는 내측 돌기를 가지며 서로 마주하는 제1 가압부와 제2 가압부, 및 상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부를 서로 연결하는 지지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 조립체의 곡면부와 평면부 중 적어도 어느 한 부분을 가압 부재로 가압함으로써, 세퍼레이터와 전극의 계면에서 접합을 균일하게 하는 효과가 있다. 따라서 세퍼레이터와 전극의 계면에서 리튬 솔트의 석출이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 2의 전극 조립체와 가압 부재의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체와 가압 부재의 결합 사시도이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체와 가압 부재의 결합 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체와 가압 부재의 결합 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체와 가압 부재의 결합 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 부분을 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 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 이차 전지는 전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 가압하는 가압 부재(70), 전극 조립체(10)와 가압 부재(70)를 내장하는 케이스(15), 케이스(15)의 개방부에 결합되는 캡 플레이트(20), 및 캡 플레이트(20)에 설치되는 전극단자(예를 들면, 음극 단자(21)와 양극 단자(22))를 포함한다.
예를 들면, 전극 조립체(10)는 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 전극(예를 들면, 음극(11)과 양극(12))을 배치하고, 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 젤리롤 상태로 귄취하여 형성된다.
음극(11) 및 양극(12)은 각각 금속판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(11a, 12a), 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부(11b, 12b)를 포함한다.
음극(11)의 무지부(11b)는 권취되는 음극(11)을 따라 음극(11)의 한 쪽 단부에 형성된다. 양극(12)의 무지부(12b)는 권취되는 양극(12)을 따라 양극(12)의 한 쪽 단부에 형성된다. 그리고 무지부(11b, 12b)는 전극 조립체(10)의 양단에 각각 배치된다.
도 3은 도 2의 전극 조립체(10)와 가압 부재(70)의 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전극 조립체(10)는 세퍼레이터(13)의 양면에 음극(11)과 양극(12)을 적층하여 권취함으로써 양측에 설정되는 곡면부(81; 811, 812) 및, 곡면부(81, 811, 812) 사이에 설정되는 평면부(82)를 포함한다. 또한 전극 조립체(10)는 곡면부(81)와 평면부(82) 사이에 설정되어 경계를 형성하는 경계부(83)를 더 포함할 수 있다.
경계부(83)는 곡면부(81)의 곡선과 평면부(82)의 직선이 만나는 접선 지점을 전극 조립체(10)의 폭 방향으로 연결하는 라인(L)이거나, 이 라인(L)에서 곡면부(81)와 평면부(82)를 따라 설정된 거리만큼의 영역을 더 포함할 수 있다. 또한 도시하지는 않았지만, 경계부는 곡선 또는 불규칙한 곡선으로 형성될 수 있고, 이 곡선에서 곡면부와 평면부를 따라 설정된 거리만큼의 영역을 더 포함할 수 있다.
가압 부재(70)가 사용되지 않으면, 곡면부(81)나 평면부(82) 중 적어도 어느 한 부분에 대응하여, 세퍼레이터(13)와 음극(11)의 계면 및 세퍼레이터(13)와 양극(12)의 계면에서 접합이 불균일할 수 있다.
가압 부재(70)는 곡면부(81)와 평면부(82) 중 적어도 어느 한 부분을 가압하여, 세퍼레이터(13)와 음극(11)의 계면 및 세퍼레이터(13)와 양극(12)의 계면에서 발생될 수 있는 불균일한 접합을 균일하게 한다.
또한, 가압 부재(70)가 사용되지 않으면, 경계부(83)에 대응하여, 세퍼레이터(13)와 음극(11)의 계면 및 세퍼레이터(13)와 양극(12)의 계면에서 접합이 불균일할 수 있다. 이때. 곡면부(81)와 평면부(82) 중 어느 한 부분에 대응하여, 세퍼레이터(13)와 음극(11)의 계면 및 세퍼레이터(13)와 양극(12)의 계면에서 접합이 불균일할 수 있다.
가압 부재(70)는 전극 조립체(10)에서 라인(L) 및 주위 영역을 포함하는 경계부(83)를 가압하여, 세퍼레이터(13)와 음극(11)의 계면 및 세퍼레이터(13)와 양극(12)의 계면에서 발생될 수 있는 불균일한 접합을 균일하게 한다. 이때. 가압 부재(70)는 곡면부(81)와 평면부(82) 중 적어도 어느 한 부분을 더 가압하여, 세퍼레이터(13)와 음극(11)의 계면 및 세퍼레이터(13)와 양극(12)의 계면에서 발생될 수 있는 불균일한 접합을 균일하게 한다.
전극 조립체(10)의 곡면부(81)는 상부에 설정되는 제1 곡면부(811)와 하부에 설정되는 제2 곡면부(812)를 포함한다. 따라서 가압 부재(70)는 전극 조립체(10)의 상부에 위치하는 제1 곡면부(811) 측에 결합되는 제1 가압 부재(71)와, 전극 조립체(10)의 하부에 위치하는 제2 곡면부(812) 측에 결합되는 제2 가압 부재(72)를 포함한다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 케이스(15)는 내부에 전극 조립체(10)와 가압 부재(70) 및 전해액을 수용하는 공간을 설정하도록 대략 직육면체로 이루어지며, 외부와 내부 공간을 연결하는 개방부를 직육면체의 일측에 형성한다. 개방부는 전극 조립체(10)를 케이스(15)의 내부로 삽입할 수 있게 한다.
캡 플레이트(20)는 케이스(15)의 개방부에 설치됨으로써 케이스(15)를 밀폐한다. 예를 들면, 케이스(15)와 캡 플레이트(20)는 알루미늄으로 형성되어 서로 용접될 수 있다.
또한, 캡 플레이트(20)는 하나 이상의 개구를 가지며, 예를 들면, 전해액 주입구(29)와 벤트 홀(24) 및 단자홀(H1, H2)을 구비한다. 전해액 주입구(29)는 케이스(15)에 캡 플레이트(20)를 결합한 후, 케이스(15)의 내부로 전해액을 주입할 수 있게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(29)는 밀봉 마개(27)로 밀봉된다.
음극 단자(21) 및 양극 단자(22)는 캡 플레이트(20)의 단자홀(H1, H2)에 각각 설치되어, 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결된다. 즉 음극 단자(21)는 전극 조립체(10)의 음극(11)에 전기적으로 연결되고, 양극 단자(22)는 전극 조립체(10)의 양극(12)에 전기적으로 연결된다. 따라서 전극 조립체(10)는 음극 단자(21) 및 양극 단자(22)를 통하여 케이스(15)의 외부로 인출될 수 있다.
음극 단자(21)와 양극 단자(22)는 캡 플레이트(20)의 내측에서 서로 동일한 구조를 형성하므로 동일한 구조에 대하여 함께 설명하고, 캡 플레이트(20)의 외측에서 서로 다른 구조를 형성하므로 서로 다른 구조에 대하여 각각 별도로 설명한다.
음, 양극 단자(21, 22)는 단자홀(H1, H2)에 대응하여 캡 플레이트(20)의 외측에 배치되는 플레이트 터미널(21c, 22c)과, 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결되고 단자홀(H1, H2)을 관통하여 플레이트 터미널(21c, 22c)에 체결되는 리벳 터미널(21a, 22a)을 포함한다.
플레이트 터미널(21c, 22c)은 관통홀(H3, H4)을 가지고, 리벳 터미널(21a, 22a)은 상단으로 단자홀(H1, H2)을 관통하여 관통홀(H3, H4)에 삽입된다. 음, 양극 단자(21, 22)는 캡 플레이트(20)의 내측에서 리벳 터미널(21a, 22a)에 일체로 넓게 형성되는 플랜지(21b, 22b)를 더 포함한다.
음, 양극 개스킷(36, 37)은 음, 양극 단자(21, 22)의 리벳 터미널(21a, 22a)과 캡 플레이트(20)의 단자홀(H1, H2) 내면 사이에 각각 설치되어, 음, 양극 단자(21, 22)의 리벳 터미널(21a, 22a)과 캡 플레이트(20) 사이를 실링하고 전기적으로 절연한다.
음, 양극 개스킷(36, 37)은 플랜지(21b, 22b)와 캡 플레이트(20)의 내면 사이에 더 연장 설치되어, 플랜지(21b, 22b)와 캡 플레이트(20) 사이를 더 실링하고 전기적으로 절연한다. 즉 음, 양극 개스킷(36, 37)은 캡 플레이트(20)에 음, 양극 단자(21, 22)를 설치함으로써 단자홀(H1, H2)을 통하여 전해액이 새는 것(leak)을 방지한다.
음, 양극 리드 탭(51, 52)은 음, 양극 단자(21, 22)를 전극 조립체(10)의 음, 양극(11, 12)에 각각 전기적으로 연결한다. 즉 음, 양극 리드 탭(51, 52)을 리벳 터미널(21a, 22a)의 하단에 결합하여 하단을 코킹(caulking)함으로써, 음, 양극 리드 탭(51, 52)은 플랜지(21b, 22b)에 지지되면서 리벳 터미널(21a, 22a)의 하단에 연결된다.
음, 양극 절연부재(61, 62)는 음, 양극 리드 탭(51, 52)과 캡 플레이트(20) 사이에 각각 설치되어, 음, 양극 리드 탭(51, 52)과 캡 플레이트(20)를 전기적으로 절연시킨다. 또한 음, 양극 절연부재(61, 62)는 일측으로 캡 플레이트(20)에 결합되고 다른 일측으로 음, 양극 리드 탭(51, 52)과 리벳 터미널(21a, 22a) 및 플랜지(21b, 22b)를 감싸므로 이들의 연결 구조를 안정시킨다.
음극 단자(21) 측의 플레이트 터미널(21c)과 캡 플레이트(20) 사이에 외부 절연부재(31)가 개재되어, 플레이트 터미널(21c)과 캡 플레이트(20)를 전기적으로 절연시킨다. 즉 캡 플레이트(20)는 음극 단자(21)와 전기적으로 절연된 상태를 유지한다.
양극 단자(22) 측의 플레이트 터미널(22c)과 캡 플레이트(20) 사이에 도전성 탑 플레이트(46)가 개재되어, 플레이트 터미널(22c)과 캡 플레이트(20)를 전기적으로 연결시킨다. 즉 캡 플레이트(20)는 양극 단자(22)에 전기적으로 연결된 상태를 유지한다.
탑 플레이트(46)와 플레이트 터미널(22c)을 리벳 터미널(22a)의 상단에 결합하여 상단을 리벳팅 또는 용접함으로써, 탑 플레이트(46)와 플레이트 터미널(22c)은 리벳 터미널(22a)의 상단에 체결된다. 플레이트 터미널(22c)은 탑 플레이트(46)를 개재한 상태로 캡 플레이트(20)의 외측에 설치된다.
한편, 양극 개스킷(37)은 리벳 터미널(22a)과 탑 플레이트(46)가 전기적으로 직접 연결되는 것을 방지한다. 즉 리벳 터미널(22a)은 플레이트 터미널(22c)을 통하여 탑 플레이트(46)에 전기적으로 연결된다. 따라서 탑 플레이트(46) 및 케이스(15)는 양극성을 가진다.
벤트 홀(24)은 이차 전지의 내부 압력 및 발생된 가스를 배출할 수 있도록 벤트 플레이트(25)로 밀폐된다. 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력에 이르면, 벤트 플레이트(25)가 절개되어 벤트 홀(24)을 개방한다. 벤트 플레이트(25)는 절개를 유도하는 노치(25a)를 가진다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 편의상 제1 가압 부재(71)를 예로 들어 가압 부재(70)의 구조를 설명한다. 가압 부재(70)는 전극 조립체(10)를 가압 지지하는 제1, 제2 가압부(701, 702)와 제1, 제2 가압부(701, 702)에 가압력을 부여하는 지지부(703)를 포함한다.
제1, 제2 가압부(701, 702)는 서로 마주하여 형성되고, 경계부(83)와 평면부(82)의 일부를 면접촉으로 가압한다. 지지부(703)는 제1 가압부(701)와 제2 가압부(702)를 서로 연결한다.
제1, 제2 가압부(701, 702)는 전극 조립체(10)에 결합하지 않은 자유 상태의 경우, 지지부(703)에서 지지부(703) 반대측으로 가면서 간격이 좁아지는 구조(도 4의 가상선 참조)를 형성한다.
제1, 제2 가압부(701, 702)는 전극 조립체(10)에 결합되어 경계부(83)와 평면부(82)를 가압하는 상태에서, 지지부(703)와 직각을 형성하여 서로 나란한 상태를 유지한다. 이때, 제1, 제2 가압부(701, 702)는 전극 조립체(10)에서 경계부(83)를 가압하여, 세퍼레이터(13)와 음극(11)의 계면 및 세퍼레이터(13)와 양극(12)의 계면에서 상호 접합을 균일하게 한다.
따라서 세퍼레이터(13)와 음극(11)의 계면 및 세퍼레이터(13)와 양극(12)의 계면에서, 가스 트랩(gas trap)이 형성되지 않고, 리튬 솔트(Li salt)가 석출되지 않는다.
전극 조립체(10)에서 평면부(82)의 전체 폭(W1)에 대하여 제1, 제2 가압부(701, 702)의 폭(W2)은 설정된 비율을 가질 수 있다. 전체 폭(W1)에 대한 제1, 제2 가압부(701, 702)의 폭(W2)의 비율(W2/W1)이 클수록 경계부(83)의 가압력이 증대되고 계면에서 접합을 균일하게 하므로 리튬 솔트 석출의 가능성이 낮아진다. 비율(W2/W1)이 작을수록 경계부(83)의 가압력이 약화되고 계면에서 접합이 불균일하게 되므로 리튬 솔트 석출의 가능성이 높아질 수 있다.
표 1은 평면부(82)의 전체 폭(W1)에 대한 가압부의 폭(W2)의 비율(W2/W1)에 따라 리튬 솔트 석출의 평균 발생 개수를 나타낸다.
W2/W1 전극 조립체 당 직경 1mm 이상의 리튬 솔트 석출 평균 발생 개수
(전극의 폭(W1)이 155 mm, 높이가 10 mm, 감긴 수가 17회 임)
0% 25 개
20% 16 개
40% 10 개
60% 4 개
80% 2 개
100% 0 개
표 1을 참조하면, 전체 폭(W1)에 대한 제1, 제2 가압부(701, 702) 폭(W2)의 비율(W2/W1)이 100%인 경우, 즉 전체 폭(W1)과 제1, 제2 가압부(701, 702)의 폭(W2)이 동일한 경우, 직경 1mm 이상의 리튬 솔트의 석출 발생 개수는 영이다.
전체 폭(W1)에 대한 제1, 제2 가압부(701, 702) 폭(W2)의 비율(W2/W1)이 0%인 경우, 가압부재(70)를 사용하지 않는 경우, 직경 1mm 이상의 리튬 솔트의 석출 발생 개수는 25개이다.
표 1로부터 비율(W2/W1)이 작을수록 경계부(83)의 가압력이 약화되고 계면에서 접합이 불균일하게 되므로 리튬 솔트 석출의 가능성이 높아지는 것을 확인 할 수 있다.
한편, 제1 가압 부재(71)의 지지부(703)는 제1 곡면부(811)를 향하는 관통구(704)를 형성한다. 관통구(704)는 캡 플레이트(20)에 구비되는 벤트 홀(24)에 대응하여 형성되어, 내부에서 발생되는 가스를 벤트 홀(24)로 안정적으로 유도할 수 있다. 즉 관통구(704)는 내부 가스가 제1 가압 부재(71)에 의하여 방해 받지 않게 한다.
이하에서 본 발명의 제2 내지 제5 실시예에 대하여 설명한다. 제1 실시예 및 기 설명된 실시예와 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고, 제1 실시예 및 기 설명된 실시예와 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체(10)와 가압 부재(270)의 결합 사시도이고, 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제2 실시예에서 전극 조립체(10)는 복수로 배치되고, 가압 부재(270)는 복수의 전극 조립체(10)에서 경계부(83)를 가압할 수 있도록 구성된다.
즉 가압 부재(270)에서, 제1, 제2 가압부(271, 272)는 복수의 전극 조립체들(10) 중 최외곽에 배치되는 2개의 전극 조립체(10)에 대하여 경계부(83)와 평면부(82)의 일부를 면접촉으로 가압한다.
지지부(274)는 제1 가압부(271)와 제2 가압부(272)를 서로 연결하여 제1, 제2 가압부(271, 272)에 가압력을 부여한다. 가압 부재는 제1, 제2 가압부와 지지부로 형성되어(미도시), 제1, 제2 가압부로 복수의 전극 조립체들 전체의 경계부를 가압할 수도 있다.
제2 실시예에서 가압 부재(270)는 제3 가압부(273)를 더 포함한다. 제3 가압부(273)는 제1, 제2 가압부(271, 272) 사이에서 지지부(274)에 연결되고, 복수의 전극 조립체들(10) 사이에 배치되어 양면으로 인접하는 경계부(83)와 평면부(82)의 일부를 면접촉으로 가압한다.
제2 실시예에서 제3 가압부(273)가 3개로 구비되지만 적어도 1개로 구비될 수 있다. 제3 가압부를 구비하지 않고 제1, 제2 가압부(271, 272)를 구비하는 경우에 비하여, 제1, 제2, 제3 가압부(271, 272, 273)를 구비하는 경우, 전극 조립체들(10)의 각 경계부들(83)은 더 균일하게 가압될 수 있다.
지지부(274)는 복수의 전극 조립체들(10) 각각의 곡면부(81)를 향하는 관통구(275)를 각각 형성한다. 즉 가압 부재(270)는 전극 조립체들(10)의 개수에 상응하는 관통구(275)를 구비한다.
복수의 관통구(275)는 캡 플레이트(20)에 구비되는 벤트 홀(24)에 각각 대응하여 형성되어, 각 전극 조립체(10)에서 발생되는 가스를 벤트 홀(24)로 안정적으로 유도할 수 있다. 즉 관통구(275)는 내부 가스가 제1, 제2, 제3 가압부(271, 272, 273) 및 지지부(274)에 의하여 방해 받지 않게 한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체(10)와 가압 부재(370)의 결합 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제1, 제2 가압부(371, 372)는 전극 조립체(10)에 결합하지 않은 자유 상태의 경우, 지지부(373)에서 지지부(373) 반대측으로 가면서 간격이 좁아지는 구조(도 7의 가상선 참조)를 형성한다.
제1, 제2 가압부(371, 372)는 전극 조립체(10)에 결합하여 경계부(83)와 평면부(82)를 가압하는 상태에서, 지지부(373)에 연결되어 나란한 상태를 유지한다.
지지부(373)는 곡면부(81)에 대응하는 곡면으로 형성되어 곡면부(81)에 면접촉으로 지지한다. 따라서 지지부(373)는 제1, 제2 가압부(371, 372)에 가압력을 제공하면서 동시에 곡면부(81)를 더 가압할 수 있다.
이때, 제1, 제2 가압부(371, 372)는 전극 조립체(10)에서 경계부(83)를 가압하고, 지지부(373)는 곡면부(81)를 가압하여, 세퍼레이터(13)와 음극(11)의 계면 및 세퍼레이터(13)와 양극(12)의 계면에서 상호 접합을 더욱 균일하게 한다.
제1 가압부(371)와 지지부(373) 및 제2 가압부(372)는 평면부(82) 및 곡면부(81)를 따라 동일 두께의 곡면으로 형성되어, 캡 플레이트(20) 내측에서 추가적으로 차지하는 공간을 최소화한다. 따라서 가압 부재(370)는 케이스(15) 내에 효과적으로 삽입될 수 있다. 가압 부재(370)는 탄성재로 형성될 수도 있다.
지지부(373)는 곡면부(81)를 향하는 관통구(374)를 형성한다. 관통구(374)는 캡 플레이트(20)에 구비되는 벤트 홀(24)에 대응하여 형성되어, 내부에서 발생되는 가스를 벤트 홀(24)로 안정적으로 유도할 수 있다. 즉 관통구(374)는 내부 가스가 가압 부재(370) 및 지지부(373)에 의하여 방해 받지 않게 한다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체(10)와 가압 부재(470)의 결합 단면도이다.
도 8을 참조하면, 제1 가압부(471), 지지부(473) 및 제2 가압부(472)는 평면부(82)에서 얇은 두께로 형성되고, 평면부(82)에서 곡면부(81)로 가면서 점차 두꺼워지는 두께로 형성된다.
즉 제4 실시예에서 가압 부재(470)는 내측을 제2 실시예의 가압 부재(370)와 같이 곡면으로 형성하고, 외측을 제1 실시예의 가압 부재(70)과 같이 직각으로 형성한다. 제1 가압부(471), 지지부(473) 및 제2 가압부(472)는 경계부(83) 및 곡면부(81)를 따라서 곡면으로 가압할 수 있다.
지지부(473)는 곡면부(81)를 향하는 관통구(474)를 형성한다. 관통구(474)는 캡 플레이트(20)에 구비되는 벤트 홀(24)에 대응하여 형성되어, 내부에서 발생되는 가스를 벤트 홀(24)로 안정적으로 유도할 수 있다. 즉 관통구(474)는 내부 가스가 가압 부재(470) 및 지지부(473)에 의하여 방해 받지 않게 한다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체(10)와 가압 부재(570)의 결합 단면도이다.
제1, 제2 가압부(571, 572)는 경계부(83)를 가압하도록 서로 마주하는 내측 돌기(711, 712)를 가진다. 지지부(573)는 제1, 제2 가압부(571, 572)를 서로 연결하여 내측 돌기(711, 712)에 가압력을 부여한다.
내측 돌기(711, 712)는 전극 조립체(10)에 결합되어 돌출되는 경계부(83)를 가압함으로써, 경계부(83)는 가상선 상태에서 실선 상태로 압축된다. 이때 평면부(82)는 곡면부(81)에 접선 상태로 연결된다. 따라서 전극 조립체(10)의 세퍼레이터(13)와 음극(11)의 계면 및 세퍼레이터(13)와 양극(12)의 계면에서 상호 접합이 균일하게 될 수 있다.
지지부(573)는 곡면부(81)를 향하는 관통구(574)를 형성한다. 관통구(574)는 캡 플레이트(20)에 구비되는 벤트 홀(24)에 대응하여 형성되어, 내부에서 발생되는 가스를 벤트 홀(24)로 안정적으로 유도할 수 있다. 즉 관통구(574)는 내부 가스가 가압 부재(570) 및 지지부(573)에 의하여 방해 받지 않게 한다.
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.
10: 전극 조립체 11: 음극
11a, 12a: 코팅부 11b, 12b: 무지부
12: 양극 13: 세퍼레이터
15: 케이스 20: 캡 플레이트
21: 음극 단자 21a, 22a: 리벳 터미널
21c, 22c: 플레이트 터미널 21b, 22b: 플랜지
22: 양극 단자 24: 벤트 홀
25: 벤트 플레이트 25a: 노치
27: 밀봉 마개 29: 전해액 주입구
36, 37: 음, 양극 개스킷 46: 탑 플레이트
51, 52: 음, 양극 리드 탭 70, 270, 370, 470, 570: 가압 부재
71, 72: 제1, 제2 가압 부재 81: 곡면부
82: 평면부 83: 경계부
271, 371, 471, 571, 701: 제1 가압부
272, 372, 472, 572, 702: 제2 가압부
273: 제3 가압부 274, 373, 473, 573, 703: 지지부
704, 275, 374, 474, 574: 관통구 811, 812: 제1, 제2 곡면부
H1, H2: 단자홀 H3, H4: 관통홀
L: 라인 W1, W2: 폭

Claims (13)

  1. 세퍼레이터의 양면에 전극을 적층하여 권취함으로써 양측에 설정되는 곡면부와 상기 곡면부 사이에 설정되는 평면부를 포함하는 전극 조립체;
    상기 곡면부와 상기 평면부 중 적어도 어느 한 부분을 가압하는 가압 부재;
    상기 가압 부재와 상기 전극 조립체를 내장하는 케이스; 및
    상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되어 상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트
    를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는,
    상기 곡면부와 상기 평면부 사이에 설정되는 경계부를 더 포함하며,
    상기 가압 부재는,
    상기 경계부와 상기 평면부의 일부에 면접촉으로 가압하며 서로 마주하는 제1 가압부와 제2 가압부, 및
    상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부를 서로 연결하는 지지부
    를 포함하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가압 부재는,
    상기 전극 조립체의 상부에 위치하는 제1 곡면부 측에 결합되는 제1 가압 부재, 및
    상기 전극 조립체의 하부에 위치하는 제2 곡면부 측에 결합되는 제2 가압 부재
    를 포함하는 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 가압 부재의 지지부는,
    상기 곡면부를 향하는 관통구를 형성하는 이차 전지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부는,
    자유 상태의 경우, 상기 지지부에서 상기 지지부 반대측으로 가면서 간격이 좁아지고,
    상기 경계부와 상기 평면부를 가압하는 상태에서, 상기 지지부와 직각을 형성하여 서로 나란한 상태를 유지하는 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는,
    상기 곡면부와 상기 평면부 사이에 설정되는 경계부를 더 포함하며,
    상기 전극 조립체는 복수로 배치되고,
    상기 가압 부재는,
    복수의 전극 조립체들 중 최외곽에 배치되는 2개의 전극 조립체의 상기 경계부와 상기 평면부의 일부를 면접촉으로 가압하는 제1 가압부와 제2 가압부, 및
    상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부를 서로 연결하는 지지부를 포함하는 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가압 부재는,
    상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부 사이에서 상기 지지부에 연결되고, 복수의 전극 조립체 사이에서 양면으로 상기 경계부와 상기 평면부의 일부를 면접촉으로 가압하는 적어도 하나의 제3 가압부를 더 포함하는 이차 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가압 부재의 지지부는,
    복수의 전극 조립체 각각의 곡면부를 향하는 관통구를 적어도 하나 이상 형성하는 이차 전지.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 가압 부재의 상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부는,
    자유 상태의 경우, 상기 지지부에서 상기 지지부 반대측으로 가면서 간격이 좁아지고,
    상기 경계부와 상기 평면부를 가압하는 상태에서, 서로 나란한 상태를 유지하는 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 지지부는
    상기 곡면부에 대응하는 곡면으로 형성되어 상기 곡면부에 면접촉으로 지지하고,
    상기 곡면부를 향하는 관통구를 형성하는 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 가압부, 상기 지지부 및 상기 제2 가압부는
    상기 평면부 및 상기 곡면부를 따라 동일 두께로 형성되는 이차 전지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 가압부, 상기 지지부 및 상기 제2 가압부는
    상기 평면부에서 형성되고, 상기 평면부에서 상기 곡면부로 가면서 점차 두꺼워지는 두께로 형성되는 이차 전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는,
    상기 곡면부와 상기 평면부 사이에 설정되는 경계부를 더 포함하며,
    상기 가압 부재는,
    상기 경계부를 가압하는 내측 돌기를 가지며 서로 마주하는 제1 가압부와 제2 가압부, 및
    상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부를 서로 연결하는 지지부를 포함하는 이차 전지.
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