KR20160076030A - 비딩부 및 절연 부재를 포함하는 전지셀 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막이 권취되어 있는 구조의 젤리-롤형 전극조립체; 상기 전극조립체를 전해액과 함께 내장하고 있는 원통형 캔; 상기 원통형 캔의 개방 상단부에 결합되어 있는 캡 어셈블리; 및 상기 캡 어셈블리에 대한 내부 단락을 방지하기 위해 전극조립체의 상단면에 탑재되어 있고, 중앙에는 가스 배출과 캡 어셈블리에 대한 전극 탭의 전기적 연결을 위한 관통용 개구가 천공되어 있는 절연 부재;를 포함하고 있으며, 상기 원통형 캔의 상단부에는 내측으로 만입되어 있는 구조의 비딩부가 형성되어 있고, 상기 절연 부재는 원통형 캔의 비딩부에 대한 전극 탭의 접촉을 방지할 수 있는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.
Description
본 발명은 비딩부 및 절연 부재를 포함하는 전지셀에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.
전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 전기소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
이와 관련하여, 도 1에는 종래의 원통형 전지의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 원통형 전지(10)은 전극조립체(11)가 전해액(도시하지 않음)과 함께 전지케이스(12)에 내장되어 있고, 전지케이스의 상단에 캡 어셈블리(13)가 장착되어 있는 구조로 이루어져 있다. 전극조립체(11)와 캡 어셈블리(13)는 전극 탭(14)에 의해 전기적으로 연결되어 있고, 전극조립체(11)와 캡 어셈블리(13) 사이에는 절연 부재(15)가 개재되어, 전극조립체(11)가 캡 어셈블리(13) 또는 전지케이스(12)와 단락되는 것을 방지하게 된다.
그러나, 이와 같은 구조에서 절연 부재(15)는 판상형 구조로 이루어져 있으므로, 전지(10)에 외부 충격이 인가되는 경우에, 전극 탭(14)가 화살표 방향으로 정위치로부터 이탈되어 전지케이스(11)에 접촉함으로써 단락이 발생할 수 있다. 이는, 전지 (10)의 안전성에 심각한 문제를 일으킬 수 있다.
따라서, 상기의 문제점을 해결할 수 있는 전지셀이 매우 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 외부 충격이 인가되어 전극 탭이 정위치를 이탈하는 경우에도, 전극 탭과 전지케이스 간의 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있는 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막이 권취되어 있는 구조의 젤리-롤형 전극조립체;
상기 전극조립체를 전해액과 함께 내장하고 있는 원통형 캔;
상기 원통형 캔의 개방 상단부에 결합되어 있는 캡 어셈블리; 및
상기 캡 어셈블리에 대한 내부 단락을 방지하기 위해 전극조립체의 상단면에 탑재되어 있고, 중앙에는 가스 배출과 캡 어셈블리에 대한 전극 탭의 전기적 연결을 위한 관통용 개구가 천공되어 있는 절연 부재;
를 포함하고 있을 수 있으며,
상기 원통형 캔의 상단부에는 내측으로 만입되어 있는 구조의 비딩부가 형성되어 있고, 상기 절연 부재는 원통형 캔의 비딩부에 대한 전극 탭의 접촉을 방지할 수 있는 형상으로 이루어져 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은, 절연 부재가 원통형 캔의 비딩부에 대한 전극 탭의 접촉을 방지할 수 있는 형상으로 이루어져 있음으로써, 외부 충격이 인가되어 전극 탭이 정위치를 이탈하는 경우에도, 전극 탭과 전지케이스 간의 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
하나의 구체적인 예로서, 상기 절연 부재는, 젤리-롤의 상단면 형상에 대응하는 원판형 본체와, 원통형 캔의 비딩부와 전극 탭 사이의 공간에 삽입될 수 있도록 상기 원판형 본체로부터 상향 연장되어 있는 단락 방지부를 포함하고 있을 수 있다.
또한, 상기 절연 부재의 원판형 본체와 단락 방지부는 일체형인 하나의 부재로 이루어져 있을 수 있다.
반대로, 상기 절연 부재의 원판형 본체와 단락 방지부는 독립된 부재들로서 상호 접착 또는 융착되어 절연 부재를 형성하고 있을 수 있다.
상기 원판형 본체와 단락 방지부 중의 적어도 하나는 관통용 개구보다 작은 크기의 미세 기공들을 더 포함하고 있을 수 있다.
상기 절연 부재의 구체적인 형상으로서, 상기 절연 부재의 원판형 본체와 단락 방지부의 외주면은 수직 단면 상으로 단차 구조를 형성하고 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 단차 구조는, 전극조립체의 상단면으로부터 비딩부의 하단에 대응하는 위치까지 형성되어 있는 제 1 단과, 비딩부의 하단으로부터 비딩부의 상단에 대응하는 위치까지 형성되어 있는 제 2 단을 포함하고 있는 구조일 수 있다.
하나의 예로서, 상기 제 1 단과 제 2 단은 이들의 외주면이 원통형 캔의 내측면과 비딩부의 내측면에 각각 밀착되는 구조로 이루어져 있을 수 있다. 이 같은 구조에 부합되기 위해, 상기 제 2 단의 외경은 제 1 단의 외경의 70% 내지 90%의 크기로 이루어져 있을 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 제 1 단은 외주면이 원통형 캔의 내측면에 밀착되는 구조로 형성되어 있고, 상기 제 2 단은 외주면이 비딩부의 내측면으로부터 이격되어 내주면이 양극 리드에 접하는 구조로 형성되어 있을 수 있다. 이 같은 구조에 부합되기 위해, 상기 제 2 단의 내경은 제 1 단의 외경의 10% 내지 30%의 크기로 이루어져 있을 수 있다.
상기 원통형 캔은 금속 캔으로 이루어져 있을 수 있고, 상기 원통형 캔의 측면에는 외장 필름이 부착되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있고, 구체적으로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 이온 폴리머 전지일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지셀을 하나 이상 포함하고 있는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, 노트북 컴퓨터, 전기차, 또는 전력저장 장치 등으로부터 선택되는 것일 수 있다. 이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 절연 부재가 원통형 캔의 비딩부에 대한 전극 탭의 접촉을 방지할 수 있는 형상으로 이루어져 있음으로써, 외부 충격이 인가되어 전극 탭이 정위치를 이탈하는 경우에도, 전극 탭과 전지케이스 간의 단락이 발생하는 것을 방지하여 안전성을 담보할 수 있다.
도 1은 종래의 원통형 전지셀의 수직 단면도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도이다;
도 3은 도 1의 절연 부재의 수평면도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도이다;
도 3은 도 1의 절연 부재의 수평면도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도이다.
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 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도가 모시적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 1의 절연 부재의 수평면도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전지셀(100)은 전극조립체(110), 원통형 캔(120), 캡 어셈블리(130), 및 절연 부재(140)로 이루어져 있다.
전극조립체(100)은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막이 권취되어 있는 구조의 젤리-롤형 전극조립체로서, 전해액(도시하지 않음)과 함께 원통형 캔(120)에 내장되어 있고, 원통형 캔(120)의 상단부에는 캡 어셈블리(130)가 결합되어 있다. 또한, 전극조립체(110)의 상단면에는 전극조립체(110)와 캡 어셈블리(130)의 내부 단락을 방지하기 위해 절연 부재(140)가 개재되어 있고, 절연 부재(140)의 중앙에는 관통용 개구(141)가 천공되어 있다.
구체적으로, 절연 부재(140)는 전극조립체(110)의 상단면 형상에 대응하는 원판형 본체(142)와 원판형 본체(142)로부터 상향 연장되어 있는 단락 방지부(143)로 이루어져 있다.
여기서, 원판형 본체(142)와 단락 방지부(143)는 일체형인 하나의 부재로 이루어져 있지만, 독립된 부재들로서 상호 접착 또는 융착되어 있는 구조로 이루어져 있을 수도 있다.
원판형 본체(142)와 단락 방지부(143)에는 관통용 개구(141)보다 작은 크기의 미세 기공들(도시하지 않음)이 포함되어 있다.
원판형 본체(142)와 단락 방지부(143)는 수직 단면 상으로 단차 구조를 형성하고 있고, 단차 구조는, 전극조립체(110)의 상단면으로부터 비딩부(121)의 하단에 대응하는 위치까지 형성되어 있는 제 1 단(144)과, 비딩부(121)의 하단으로부터 비딩부(121)의 상단에 대응하는 위치까지 형성되어 있는 제 2 단(145)으로 이루어져 있다.
제 1 단(144)과 제 2 단(145)은 외주면이 원통형 캔(120)의 내측면과 비딩부의 내측면(121)에 각각 밀착되는 구조로 이루어져 있다.
제 2 단(145)의 외경(D2)은 제 1 단(144)의 외경(D1)의 80%의 크기로 이루어져 있다.
원통형 캔(120)은 금속 캔으로 이루어져 있고, 원통형 캔(120)의 측면에는 외장 필름(도시하지 않음)이 부착되어 있다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 제 1 단(244)은 외주면이 원통형 캔(220)의 내측면에 밀착되는 구조로 이루어져 있고, 제 2 단(245)은 외주면이 비딩부(221)의 내측면으로부터 이격되어 내주면이 양극 리드(211)에 접하는 구조로 형성되어 있다.
제 2 단(245)의 외경(D4)은 제 1 단(244)의 외경(D1)의 30%의 크기로 이루어져 있다. 이 같은 구조를 제외한 나머지 구조는 도 2의 실시예와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (17)
- 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막이 권취되어 있는 구조의 젤리-롤형 전극조립체;
상기 전극조립체를 전해액과 함께 내장하고 있는 원통형 캔;
상기 원통형 캔의 개방 상단부에 결합되어 있는 캡 어셈블리; 및
상기 캡 어셈블리에 대한 내부 단락을 방지하기 위해 전극조립체의 상단면에 탑재되어 있고, 중앙에는 가스 배출과 캡 어셈블리에 대한 전극 탭의 전기적 연결을 위한 관통용 개구가 천공되어 있는 절연 부재;
를 포함하고 있으며,
상기 원통형 캔의 상단부에는 내측으로 만입되어 있는 구조의 비딩부가 형성되어 있고,
상기 절연 부재는 원통형 캔의 비딩부에 대한 전극 탭의 접촉을 방지할 수 있는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀. - 제 1 항에 있어서, 상기 절연 부재는, 젤리-롤의 상단면 형상에 대응하는 원판형 본체와, 원통형 캔의 비딩부와 전극 탭 사이의 공간에 삽입될 수 있도록 상기 원판형 본체로부터 상향 연장되어 있는 단락 방지부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 2 항에 있어서, 상기 절연 부재의 원판형 본체와 단락 방지부는 일체형인 하나의 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 2 항에 있어서, 상기 절연 부재의 원판형 본체와 단락 방지부는 독립된 부재들로서 상호 접착 또는 융착되어 절연 부재를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 2 항에 있어서, 상기 원판형 본체와 단락 방지부 중의 적어도 하나는 관통용 개구보다 작은 크기의 미세 기공들을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 2 항에 있어서, 상기 절연 부재에서 원판형 본체와 단락 방지부의 외주면은 수직 단면 상으로 단차 구조를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 6 항에 있어서, 상기 단차 구조는, 전극조립체의 상단면으로부터 비딩부의 하단에 대응하는 위치까지 형성되어 있는 제 1 단과, 비딩부의 하단으로부터 비딩부의 상단에 대응하는 위치까지 형성되어 있는 제 2 단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 단과 제 2 단은 이들의 외주면이 원통형 캔의 내측면과 비딩부의 내측면에 각각 밀착되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 단의 외경은 제 1 단의 외경의 70% 내지 90%의 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 단은 외주면이 원통형 캔의 내측면에 밀착되는 구조로 형성되어 있고, 상기 제 2 단은 외주면이 비딩부의 내측면으로부터 이격되어 내주면이 양극 리드에 접하는 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 10 항에 있어서, 제 2 단의 내경은 제 1 단의 외경의 10% 내지 30%의 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 캔은 금속 캔인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 캔의 측면에는 외장 필름이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 15 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 제 16 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, 노트북 컴퓨터, 전기차, 또는 전력저장 장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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2014
- 2014-12-22 KR KR1020140185423A patent/KR20160076030A/ko not_active Application Discontinuation
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