KR20150000672A - 만입형 그루브가 형성되어 있는 전지 케이스를 포함하는 전지셀 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 만입형 그루브가 형성되어 있는 전지 케이스를 포함하는 전지셀로서, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체, 상기 전극조립체가 내장되고, 상단이 개방되어 있으며, 하단의 내면에 전해액이 도입될 수 있는 하나 이상의 만입형 그루브가 형성되어 있는 각형 또는 원통형 구조의 전지 케이스, 및 상기 전지 케이스의 개방 상단에 결합되는 캡 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.
Description
본 발명은 만입형 그루브가 형성되어 있는 전지 케이스를 포함하는 전지셀로서, 더욱 상세하게는, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체, 상기 전극조립체가 내장되고, 상단이 개방되어 있으며, 하단의 내면에 전해액이 도입될 수 있는 하나 이상의 만입형 그루브가 형성되어 있는 각형 또는 원통형 구조의 전지 케이스, 및 상기 전지 케이스의 개방 상단에 결합되는 캡 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 삽입과 이탈이 자유로운 탈착식 구조로 사용되기도 하고, 또는 외부기기의 내부에 매립되는 형태의 내장형 구조로 사용되기도 한다. 예를 들어, 태블릿 PC, 넷북 및 노트북과 같은 디바이스는 사용자의 필요에 따라 전지의 삽입과 이탈이 가능한 반면에, 일부 스마트 폰 및 스마트 패드와 같은 디바이스는 그 구조 및 용량의 문제로 내장형 전지팩의 사용이 요구되기도 한다.
또한, 상기 디바이스들은 기능과 특성상 대용량의 이차전지를 요구하기도 한다.
한편, 전자기기에 대한 기술의 발달로 모바일 디바이스가 소형화, 박형화 되는 추세에서 부품의 소형화, 내부 구조 설계에 관하여 끊임없이 연구가 진행되고 있고, 상기 디바이스에 장착되는 이차전지 또한 소형화 및 박형화에 관한 연구가 진행되고 있다. 그러나, 전지의 소형화에 따라서 전지의 용량이 작아지게 되는 단점을 해결해야 하는 과제가 도출되었다.
물론, 이차전지를 더욱 크게 제조하여 용량의 한계를 극복할 수 있지만, 부피가 늘어난 이차전지를 이동성 측면에서 편리한 것이 가장 큰 장점인 상기 디바이스들에게 적용하기는 어렵다.
이에 따라, 부피를 늘리지 않고 전지의 용량을 높이기 위한 연구가 이루어지고 있으며, 전지 케이스의 두께를 줄여서 전지의 내부 공간을 확보하는 방안이 대두되고 있으나, 줄어든 두께에 의한 강성의 저하가 초래되므로 바람직하지 않다는 단점이 있다.
또한, 성능이 뛰어난 보조 이차전지를 사용하여 이차전지의 용량의 한계를 극복할 수 있지만, 필요시 상기 디바이스와 함께 보조 배터리를 휴대해야 한다는 필요성 때문에, 이 또한 효과적인 방안이 될 수 없다.
따라서, 기존 전지의 부피를 증가시키지 않으며, 이차전지의 용량을 증대시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 전지 케이스의 강성을 유지하면서도 전지 케이스 내부의 공간을 확보하여 전지의 용량을 높일 수 있는 구조의 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체;
상기 전극조립체가 내장되고, 상단이 개방되어 있으며, 하단의 내면에 전해액이 도입될 수 있는 하나 이상의 만입형 그루브가 형성되어 있는 각형 또는 원통형 구조의 전지 케이스; 및
상기 전지 케이스의 개방 상단에 결합되는 캡 플레이트;
를 포함하는 구조로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은 전지 케이스의 하단의 내면에 만입형 그루브를 형성시켜, 그루브의 만입된 부피만큼 전지 케이스의 내부 공간을 확보함으로써, 전해액의 주입량을 높일 수 있다. 또한, 만입형 그루브를 형성시킨 구조는 두께를 얇게 형성시킨 구조와는 다르게 전지 케이스의 강성이 유지된다. 따라서, 본 발명에 따른 전지셀은 전지 케이스의 강성을 유지하면서도 전지셀의 부피를 늘리지 않고도 전지의 용량을 향상시킬 수 있는 구조를 제공한다.
상기 전지셀의 전지 케이스는 가공상의 용이성과 일정 수준 이상의 기계적 강도가 요구되므로, 금속 소재의 캔일 수 있으며, 상기 금속 소재는 예를 들어, 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈 도금 연강, 스틸, 또는 스테인리스 스틸일 수 있다.
상기 전지 케이스는 각형, 원통형 등 한정되지 않고 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 전지 케이스는 상단이 개방된 직육면체 구조의 각형 케이스, 또는 상단이 개방된 원통형 구조의 원통형 케이스로 형성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지 케이스의 하단의 두께는 측부의 두께보다 두꺼운 구조로 형성될 수 있으며, 이러한 전지 케이스 하단의 내면에는 만입형 그루브가 형성되는 구조로 이루어질 수 있다. 상기 전지 케이스의 하단의 두께가 너무 얇으면 강성의 저하로 만입형 그루브가 형성된 부위의 파단의 위험이 있으며, 반대로 너무 두꺼우면 전지 케이스 자체의 부피 및 무게가 증가하므로 바람직하지 않다. 따라서, 전지 케이스의 강성을 유지하면서도 만입형 그루브의 형성에 의한 전지 용량의 증가 효과를 발휘하기 적당한 범위, 즉, 상기 전지 케이스의 하단의 두께는 측부의 두께의 100 내지 200%의 크기로 형성될 수 있다.
또한, 상기 만입형 그루브의 깊이는 상기 전지 케이스의 하단의 강성을 유지할 수 있는 깊이로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 전지 케이스 하단의 두께의 10 내지 60%의 크기로 형성될 수 있다. 상기 만입형 그루브의 깊이가 너무 작으면 전지 케이스 내부 공간의 확보 효과가 미미하며, 반대로 깊이가 너무 크면 전지 케이스의 강성이 저하되므로 바람직하지 않다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지 케이스는 직육면체의 각형 케이스일 수 있으며, 이러한 각형 케이스는 수평 단면상으로 폭 대비 길이가 긴 직사각형 형태로 형성될 수 있다.
상기 만입형 그루브는 한정되지 않고 다양한 형태 및 개수로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 만입형 그루브는 평면상 직사각형 형상으로 이루어져 있고, 둘 이상의 만입형 그루브들이 일정한 간격으로 전지 케이스의 하단의 내면에 배열되어 있는 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 전지 케이스의 하단의 내면에는 수평 단면 상으로 폭보다 길이가 긴 직사각형 형태의 둘 이상의 만입형 그루브들이 폭 방향으로 서로 평행하게 배열되어 있는 구조일 수 있다.
또 다른 예로, 상기 전지 케이스의 하단의 내면이 격자 형상을 이루도록 상기 만입형 그루브들이 상호 수직 및 수평 배열되어 있는 구조일 수 도 있다.
상기 전지셀은 바람직하게는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다. 이러한 리튬 이차전지의 기타 구성 요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.
일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다.
양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다. 음극은 또한 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.
상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당 업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
이러한 리튬 이차전지는 당 업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 거기에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.
양극은, 예를 들어, 활물질로서 앞서 설명한 리튬 전이금속 산화물과 도전재 및 바인더를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 탄소 활물질과 도전재 및 바인더를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 포함하는 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩은, 전지팩의 작동을 제어하는 보호회로를 포함하고 있고, 상기 캡 플레이트 상에 탑재되는 보호회로 모듈(PCM), 및 상기 PCM을 감싸면서 각형 캔에 결합되는 절연성 캡을 포함하는 구조로 구성될 수 있다. 즉, 상기 전지셀의 전지 케이스 일측에 상기 보호회로 모듈 및 절연성 캡이 장착되며, 상기 전지 케이스와 절연성 캡의 결합은 용접에 의해 달성될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 모바일 디바이스를 제공한다.
본 발명에 따른 전지팩이 사용될 수 있는 모바일 디바이스의 구체적인 예로는, 스마트 폰, 스마트 패드, 태블릿 PC, 넷북 또는 노트북 컴퓨터 등과 같은 모바일 디바이스를 들 수 있다.
상기와 같은 디바이스들의 구조는 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전지 케이스의 하단 내면에 만입형 그루브를 형성함으로써 전해액의 주액 공간을 늘리는 구조로 이루어져 있다. 따라서, 전지 케이스의 강성을 유지하면서 전지 케이스 내부의 공간을 확보하여, 전지셀의 부피를 증가시키지 않고도 전지의 용량을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 2는 도 1의 전지 케이스의 수직 단면도이다;
도 3 내지 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 케이스의 수평 단면도들이다.
도 2는 도 1의 전지 케이스의 수직 단면도이다;
도 3 내지 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 케이스의 수평 단면도들이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지셀(100)은 젤리-롤형 전극조립체(110)가, 금속 소재의 상단이 개방된 직육면체 구조의 각형 전지 케이스(120)에 내장되어 있고 전지 케이스(120)의 개방 상단에 돌출형 전극단자(예를 들어, 음극단자: 132)가 형성되어 있는 캡 플레이트(130)이 결합되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전극조립체(110)의 음극은 음극 탭(112)을 통해 캡 플레이트(130) 상의 음극단자(132)의 하단에 전기적으로 연결되며, 그러한 음극단자(132)는 절연부재(134)에 의해 캡 플레이트(130)으로부터 절연되어 있다. 반면에, 전극조립체(110)의 또 다른 전극(예를 들어, 양극)은 그것의 양극 탭(114)이 알루미늄, 스테인리스 스틸 등과 같은 도전성 소재로 되어 있는 캡 플레이트(130)에 전기적으로 연결되어 그 자체로서 양극단자를 형성한다.
또한, 전극 탭들(112, 114)을 제외하고 전극조립체(110)와 캡 플레이트(130)의 전기적 절연 상태를 보장하기 위하여, 전지 케이스(120)와 전극조립체(110) 사이에 시트형 절연부재(140)를 삽입한 뒤, 캡 플레이트(130)을 덮고, 캡 플레이트(130)와 전지 케이스(120)의 접촉면을 따라서 용접으로 이들을 결합한다. 그런 다음, 전해액 주입구(143)를 통해 전해액을 주입한 후 용접하여 밀봉하고, 에폭시 등으로 용접 부위를 도포함으로써 전지가 제조된다.
도 2에는 도 1의 전지 케이스의 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 2를 도 1과 함께 참조하면, 전지 케이스(120)의 하단(122)의 두께(B)는 측부(128)의 두께(A)의 대략 150%의 크기로 형성되어 있고, 전지 케이스(120) 하단(122)의 내면에는 다수의 만입형 그루브(124)들이 형성되어 있다. 이러한 만입형 그루브(124)들은 동일한 간격으로 반복 배열된 구조를 이루며, 만입형 그루브(124)가 형성된 부피만큼 전지 케이스(120) 내부의 공간이 확보되므로, 전해액의 주입 용량이 늘어나게 되고, 결과적으로 전지의 용량을 높일 수 있는 구조로 이루어져 있다.
만입형 그루브(124)들의 깊이(C)는 전지 케이스(120)의 하단(124)의 강성을 유지할 수 있는 깊이로 형성되며, 전지 케이스(120) 하단(124)의 두께(B)의 대략 45%의 크기로 형성되어 있다.
도 3 내지 도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 케이스의 수평 단면도들이 도시되어 있다.
먼저 도 3을 참조하면, 전지 케이스(220)의 하단 내면(222)에는 폭(W1) 보다 길이(L1)가 긴 2 개의 만입형 그루브(224)들이 폭 방향으로 배열된 구조로 형성되어 있다. 이러한 만입형 그루브(224)들은 수평 단면상으로 긴 직사각형 형태로 형성되어 있다. 그리고, 도 4를 참조하면, 전지 케이스(320)의 하단(322) 내면에는 폭(W2) 보다 길이(L2)가 짧은 다수의 만입형 그루브(324)들이 길이 방향으로 배열된 구조로 형성되어 있고, 도 5를 참조하면, 전지 케이스(420)의 하단(422)의 내면이 격자 형상을 이루도록 만입형 그루브(424)들이 상호 수직 및 수평 배열된 구조로 형성되어 있다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 만입형 그루브들은 개수 및 형상이 한정되지 않고 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 수평 단면상으로 직사각형 형태뿐 만 아니라, 그 밖에 다각형, 원형, 타원형 등 여러가지 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 본 명세서의 도면에서는 각형 전지의 전지 케이스를 실시예로 들어서 설명하였으나, 원통형 전지, 및 또 다른 다양한 형상의 전지에서도 본 발명의 만입형 그루브를 형성시키는 기술이 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.
Claims (15)
- 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체;
상기 전극조립체가 내장되고, 상단이 개방되어 있으며, 하단의 내면에 전해액이 도입될 수 있는 하나 이상의 만입형 그루브가 형성되어 있는 각형 또는 원통형 구조의 전지 케이스; 및
상기 전지 케이스의 개방 상단에 결합되는 캡 플레이트;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀. - 제 1 항에 있어서, 상기 전지 케이스는 금속 소재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 2 항에 있어서, 상기 금속 소재는 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈 도금 연강, 스틸, 또는 스테인리스 스틸인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지 케이스는 상단이 개방된 직육면체 구조의 각형 케이스인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지 케이스의 하단의 두께는 측부의 두께의 100 내지 200%인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 만입형 그루브는 평면상 직사각형 형상으로 이루어져 있고, 둘 이상의 만입형 그루브들이 일정한 간격으로 전지 케이스의 하단의 내면에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 만입형 그루브의 깊이는 상기 전지 케이스의 하단두께의 10 내지 60%인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지 케이스는 수평 단면상으로 폭 대비 길이가 긴 직사각형 형태로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 8 항에 있어서, 상기 전지 케이스의 하단의 내면에는 수평 단면 상으로 폭보다 길이가 긴 직사각형 형태의 둘 이상의 만입형 그루브들이 서로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 8 항에 있어서, 상기 전지 케이스의 하단의 내면에는 수평 단면 상으로 길이보다 폭이 긴 직사각형 형태의 둘 이상의 만입형 그루브들이 서로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지 케이스의 하단의 내면이 격자 형상을 이루도록 상기 만입형 그루브들이 상호 수직 및 수평 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 포함하는 전지팩으로서,
전지팩의 작동을 제어하는 보호회로를 포함하고 있고, 상기 캡 플레이트 상에 탑재되는 보호회로 모듈(PCM); 및
상기 PCM을 감싸면서 각형 캔에 결합되는 절연성 캡;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩. - 제 13 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 디바이스.
- 제 14 항에 있어서, 상기 디바이스는 스마트 폰, 스마트 패드, 태블릿 PC, 넷북 또는 노트북 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 모바일 디바이스.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20130073075A KR20150000672A (ko) | 2013-06-25 | 2013-06-25 | 만입형 그루브가 형성되어 있는 전지 케이스를 포함하는 전지셀 |
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| KR20150000672A true KR20150000672A (ko) | 2015-01-05 |
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ID=52474675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR20130073075A KR20150000672A (ko) | 2013-06-25 | 2013-06-25 | 만입형 그루브가 형성되어 있는 전지 케이스를 포함하는 전지셀 |
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| KR (1) | KR20150000672A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109841906A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-06-04 | 惠州赫能科技有限公司 | 一种锂电池的封装装置 |
| KR20200027337A (ko) | 2018-09-04 | 2020-03-12 | 주식회사 엘지화학 | 홈이 형성된 케이스를 포함하는 원통형 이차전지 |
-
2013
- 2013-06-25 KR KR20130073075A patent/KR20150000672A/ko active Search and Examination
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