KR20160087628A - 전해액 감지 부재를 포함하는 전지셀 - Google Patents

전해액 감지 부재를 포함하는 전지셀 Download PDF

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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 어셈블리로부터 누액되는 전해액을 감지할 수 있도록, 상기 캡 어셈블리의 상단에 장착되어 있는 전해액 감지 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

전해액 감지 부재를 포함하는 전지셀 {Battery Cell Having Electrolyte Sensing Member}
본 발명은 전해액 감지 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)는 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.
또한, 전해액이 전지(10)의 내부에서 외부로 새어 나오는 것을 방지하기 위한 구성으로서, 캡 어셈블리(13)의 상부에 가스켓(16)을 장착하여 기밀성을 유지하고 있다.
그러나, 이와 같은 구조에도 불구하고, 제조 과정에서의 가스켓(16)의 장착 불량 또는 외부 충격에 의한 가스켓(16)의 손상 등으로 인해, 전지(10)의 기밀유지성이 저하되고 그에 따라 전지(10) 내부의 전해액이 외부로 유출되어 전지(10)의 성능을 저하시킬 수 있다. 유출된 전해액은 제조 과정에서 검수자가 육안으로 식별하기 용이하지 않고, 그에 따라 제조 불량률을 증가시키는 원인이 되고 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, 전해액의 누액 여부를 용이하게 식별함으로써, 제조 과정에서의 불량 선별률을 높일 수 있고, 사용 단계에서의 누액 발생 시 사용자가 조속히 누액 여부를 확인하고 전지를 교체할 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 어셈블리로부터 누액되는 전해액을 감지할 수 있도록, 상기 캡 어셈블리의 상단에 장착되어 있는 전해액 감지 부재;
를 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은, 캡 어셈블리의 상단에 전해액 감지 부재를 장착함으로써, 전해액의 누액 여부를 용이하게 식별할 수 있고, 그에 따라 제조 과정에서의 불량 선별률을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 사용 단계에서 누액 발생 시 사용자가 조속히 누액 여부를 확인하고 전지를 교체할 수 있다.
상기 전해액 감지 부재의 하나의 예로서, 상기 전해액 감지 부재는 시트형 부재로 이루어져 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 전해액 감지 부재의 외주면은 원통형 캔의 상단의 내주면에 대응하는 형상으로 이루어져 있을 수 있고, 더욱 구체적으로, 상기 전해액 감지 부재의 외주면은 원형으로 이루어져 있을 수 있다.
또한, 상기 전해액 감지 부재의 중앙에는 캡 어셈블리의 상단이 노출될 수 있는 개구가 형성되어 있을 수 있다. 상기 캡 어셈블리의 상단은 양극에 전기적으로 연결되어, 양극 단자의 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 상기 개구로부터 노출된 캡 어셈블리의 상단은 전지가 장착되는 디바이스에 접촉하여 전지셀과 디바이스를 전기적으로 연결할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 전해액 감지 부재는 전해액의 누액 여부를 용이하게 식별할 수 있도록, 전해액이 접촉하면 색상 변화를 일으키는 물질을 포함하고 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 전해액 감지 부재는 산성 용액의 접촉시 색상이 변화하는 지시약을 포함하고 있을 수 있다.
예를 들어, 상기 전해액 감지 부재는 리트머스 종이일 수 있지만, 산성 용액의 접촉시 색상이 변화하는 물성을 갖는 소재라면 이에 한정되지 않는다.
상기 캡 어셈블리의 상단은 전극조립체의 양극에 전기적으로 연결되어 있는 양극 단자일 수 있고, 상기 원통형 캔은 전극조립체의 음극에 전기적으로 연결되어 있는 음극 단자일 수 있다.
상기 전지셀의 또 하나의 예로서 상기 전지셀의 추가적인 구성을 포함하고 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 전지셀은 상기 캡 어셈블리의 상단, 전해액 감지 부재의 적어도 일부 및 원통형 캔의 하단이 노출된 상태로, 절연성 외장 필름이 전지셀의 외면에 부착되어 있을 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 전해액 감지 부재는 외주로부터 중심쪽으로 절연성 외장 필름에 의해 덮인 상태로 캡 어셈블리의 상단에 고정되어 있을 수 있고, 전해액 감지 부재의 평면 크기를 기준으로 20% 내지 30%의 크기가 외장 필름에 의해 덮여 있는 구조일 수 있다.
상기 원통형 캔의 이루는 소재의 하나의 예로서, 상기 원통형 캔은 금속 캔으로 이루어져 있을 수 있다. 따라서, 음극이 금속 캔에 전기적으로 연결되어, 금속 캔의 노출된 일부 부위가 음극 단자로서의 기능을 할 수 있다.
상기 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 것을 특징으로 하는 디바이스.
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, 캡 어셈블리의 상단에 전해액 감지 부재를 장착함으로써, 전해액의 누액 여부를 용이하게 식별할 수 있고, 그에 따라 제조 과정에서의 불량 선별률을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 사용 단계에서 누액 발생 시 사용자가 조속히 누액 여부를 확인하고 전지를 교체할 수 있다.
도 1은 종래의 원통형 전지셀의 수직 단면도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도이다;
도 3은 도 2의 전지셀의 수평면도이다;
도 4는 본 발명의 또 하나의 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 2의 전지셀의 수평면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전지셀(100)은 전극조립체(110), 원통형 캔(120), 캡 어셈블리(130), 및 전해액 감지 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, 캡 어셈블리(130)의 상단부에는 캡 어셈블리로부터 누액되는 전해액을 감지할 수 있도록, 전해액 감지 부재(140)가 장착되어 있다.
전해액 감지 부재(140)는 시트형의 부재로 이루어져 있고, 전해액 감지 부재(140)의 외주면은 원통형 캔(120)의 상단의 내주면에 대응하는 형상으로 이루어져 있다. 그에 따라, 전해액 감지 부재(140)의 외주면은 원형으로 이루어져 있다.
전해액 감지 부재(140)의 중앙에는 캡 어셈블리(130)의 상단이 노출될 수 있는 개구(141)가 형성되어 있다.
캡 어셈블리(130)의 상단은 전극조립체(110)의 양극에 전기적으로 연결되어 양극 단자의 기능을 하고, 원통형 캔(120)은 금속 캔으로 이루어져 있으며 전극조립체(110)의 음극에 전기적으로 연결되어 음극 단자의 기능을 한다.
따라서, 개구(141)로부터 노출된 캡 어셈블리(130)의 상단은 전지가 장착되는 디바이스에 접촉하여 전지셀과 디바이스를 전기적으로 연결한다.
전해액 감지 부재(140)는 전해액이 접촉하면 색상 변화를 일으키는 물질로 이루어져 있고, 구체적으로 산성 용액의 접촉시 색상이 변화하는 지시약을 포함하고 있다. 여기서, 전해액 감지 부재(140)는 리트머스 종이로 이루어져 있다.
도 4에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
전지셀(200)의 캡 어셈블리(230)의 상단, 전해액 감지 부재(240)의 적어도 일부 및 원통형 캔(220)의 하단(도시하지 않음)이 노출된 상태로, 절연성 외장 필름(250)이 전지셀(200)의 외면에 부착되어 있다.
전해액 감지 부재(240)는 외주로부터 중심쪽으로 절연성 외장 필름(250)에 의해 덮인 상태로 캡 어셈블리(230)의 상단에 고정되어 있고, 전해액 감지 부재(240)의 평면 크기를 기준으로 30%의 크기가 외장 필름(250)에 의해 덮여 있다.
이 같은 구조를 제외한 나머지 구조는, 도 2 및 도 3의 전지셀 구조와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

Claims (16)

  1. 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 어셈블리로부터 누액되는 전해액을 감지할 수 있도록, 상기 캡 어셈블리의 상단에 장착되어 있는 전해액 감지 부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액 감지 부재는 시트형 부재인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액 감지 부재의 외주면은 원통형 캔의 상단의 내주면에 대응하는 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전해액 감지 부재의 외주면은 원형으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액 감지 부재의 중앙에는 캡 어셈블리의 상단이 노출될 수 있는 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액 감지 부재는 전해액이 접촉하면 색상 변화를 일으키는 물질을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전해액 감지 부재는 산성 용액의 접촉시 색상이 변화하는 지시약을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액 감지 부재는 리트머스 종이인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리의 상단은 전극조립체의 양극에 전기적으로 연결되어 있는 양극 단자이고, 상기 원통형 캔은 전극조립체의 음극에 전기적으로 연결되어 있는 음극 단자인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리의 상단, 전해액 감지 부재의 적어도 일부 및 원통형 캔의 하단이 노출된 상태로, 절연성 외장 필름이 전지셀의 외면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전해액 감지 부재는 외주로부터 중심쪽으로 절연성 외장 필름에 의해 덮인 상태로 캡 어셈블리의 상단에 고정되어 있고, 전해액 감지 부재의 평면 크기를 기준으로 20% 내지 30%의 크기가 외장 필름에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 캔은 금속 캔인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 1 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 14 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 태블릿 PC, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, 노트북 컴퓨터, 전기차, 또는 전력저장 장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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