KR20160142004A

KR20160142004A - 이차전지

Info

Publication number: KR20160142004A
Application number: KR1020150077766A
Authority: KR
Inventors: 송한갑
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2016-12-12
Anticipated expiration: 2035-06-02
Also published as: KR101999758B1

Abstract

본 발명은 원통형 이차전지에 관한 것으로서, 전극 조립체가 수용되는 캔을 포함하며, 상기 캔은 내벽면과 외벽면의 2중 구조로 마련된 통 형태의 벽면부와, 상기 벽면부의 하단을 마감하는 바닥부를 포함하고, 상기 내벽면과 상기 외벽면 사이에는 냉각액이 마련될 수 있다.

Description

이차전지{Secondary Battery}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 특히 이차전지의 구성 중 캔의 냉각성을 높여서 전극조립체를 냉각하는 이차전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능하다는 이점으로 인하여 최근 그 개발 및 사용이 증가하고 있다.

이러한 이차전지는 원통형 이차전지, 각형 이차전지, 파우치형 이차전지 등으로 분류할 수 있다.

특허공개번호 10-2010-0092700

종래의 원통형 이차전지는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체(11)와, 전극조립체(11)를 수납하며 상단에 개구부가 마련된 캔(12)과, 캔(12)의 상단 개구부를 마감하는 캡 어셈블리(13)를 포함한다. 그리고 전극 조립체(11)는 센터핀(14)을 중심으로 권취된다.

그러나 종래의 원통형 이차전지는 충방전시 발생하는 열에 의해 두께가 증가하고, 특히 전극조립체에 손상을 입히게 되어 이차전지의 성능 및 안정성을 저하시키는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이차전지의 구성 중 캔의 벽면부에 냉각액을 내장하여 냉각성을 높이며, 이에 이차전지의 충방전시 발생하는 열을 효과적으로 냉각하여 이차전지의 두께 증대를 방지하고, 성능 및 안전성을 높일 수 있는 이차전지를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는, 전극 조립체가 수용되는 캔을 포함하며, 상기 캔은 내벽면과 외벽면의 2중 구조로 마련된 통 형태의 벽면부와, 상기 벽면부의 하단을 마감하는 바닥부를 포함하고, 상기 내벽면과 상기 외벽면 사이에는 냉각액이 마련될 수 있다.

상기 내벽면과 상기 외벽면 사이에는 상기 벽면부의 주면을 따라 연결된 밀폐공간이 형성되고, 상기 밀폐공간에 냉각액이 마련될 수 있다.

상기 밀폐공간에는 상기 내벽면과 상기 외벽면을 연결하는 하나 이상의 격벽이 형성될 수 있다.

상기 격벽은 상기 벽면부의 주면을 따라 연결되면서 상기 밀폐공간을 2개 이상으로 분할하는 한편, 상기 내벽면과 상기 외벽면의 강도를 증대할 수 있다.

상기 격벽의 일면에는 2개 이상으로 분할된 밀폐공간을 연결하는 관통홀이 형성될 수 있다.

상기 내벽면은 상기 외벽면 보다 작은 두께를 가질 수 있다.

상기 벽면부의 상면에는 상기 밀폐공간과 연결되고 상기 밀폐공간으로 냉각액을 주입하는 주입홀이 형성되며, 상기 주입홀은 냉각액 주입이 완료되면 밀폐볼에 의해 마감될 수 있다.

상기 내벽면과 상기 외벽면은 스테인레스 스틸(Stainless Steel)재질로 마련될 수 있다.

상기 내벽면과 상기 외벽면의 표면에는 니켈 코팅부가 형성될 수 있다.

상기 냉각액은 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol)일 수 있다.

상기 냉각액은 물을 더 포함하여 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol)과 물을 2:1 또는 3:1의 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 전극조립체는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극으로 마련된 전극시트와, 상기 전극시트가 감겨지는 코어를 포함하며, 상기 코어의 내부에는 냉각액이 마련될 수 있다.

본 발명은 하기와 같은 효과가 있다.

첫째: 벽면부에 냉각액이 내장된 캔을 구성함으로써 이차전지의 충방전시 발생하는 열을 효과적으로 냉각할 수 있으며, 이에 이차전지의 두께 증대를 방지하고, 성능 및 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다.

둘째: 벽면부를 내벽면과 외벽면으로 구성하되, 상기 내벽면과 외벽면 사이에 격벽을 형성함으로써 강도 약화를 방지하는 효과가 있다.

셋째: 내벽면을 외벽면 보다 작은 두께를 가지도록 형성함으로써 캔 내부의 열과 냉각액의 열교환성을 높이는 효과가 있다.

넷째: 전극 조립체는 코어를 포함하며, 상기 코어는 냉각액을 내장함으로써 전극조립체의 발열을 억제하여 냉각 효율을 증대시키는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 이차전지를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 이차전지를 도시한 단면도.
도 3은 도 2에 표시된 A부분 확대도.
도 4는 도 2에 표시된 B부분 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 캔의 부분 단면사시도.
도 6은 도 5에 표시된 C부분 확대도.
도 7은 본 발명에 따른 캔에 형성된 주입홀과 밀폐볼을 도시한 단면도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 발명에 따른 이차전지는 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 극조립체(100), 전극 조립체(100)가 수용되는 캔(200), 및 캔(200)의 개구부를 마감하는 캡 조립체(300)를 포함한다.

전극조립체(100)는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 순차적으로 적층되는 전극시트(110)와, 전극시트(110)가 외주면에 롤 형태로 감겨지는 코어(120)를 포함한다.

캔(200)은 상향으로 개구부가 형성되는 것으로, 통 형태의 벽면부(210)와, 벽면부(210)의 하단을 마감하는 바닥부(220)를 포함하며, 내부에 전극조립체(100)와 함께 전해액(미도시)이 수용된다.

캡 조립체(300)는 캔(200)의 개구부에 결합되어 개구부를 밀폐되게 마감하는 한편, 전극조립체(100)의 양극탭과 연결된다.

한편, 종래의 이차전지는 충방전시 전극조립체에서 고온의 열이 발생하며, 이에 전극조립체의 부피가 팽창하고, 전지 성능이 저하되는 한편, 캔의 부피 또한 팽창하면서 이차전지의 조립성이 떨어지는 문제가 있었다.

이에, 본 발명에 따른 이차전지는 캔(200)의 벽면부(210)에 냉각액을 수용하여 전극조립체(200)를 냉각하며, 이에 전극조립체(200) 및 캔(200)의 부피 팽창을 방지하고, 전지 성능 저하를 방지한다.

더욱 상세하게 설명하면, 본 발명에 따른 이차전지는 도 2 내지 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 내벽면(211)과 외벽면(212)의 2중 구조로 마련된 통 형태의 벽면부(210)와, 벽면부(210)의 하단을 마감하는 바닥부(220)를 가지는 캔(200)을 포함하며, 캔(200)의 내벽면(211)과 외벽면(212) 사이에는 냉각액(230)이 마련된다.

즉, 캔(200)의 벽면부(210)는 내벽면(211)과 외벽면(212) 사이에 벽면부(210)의 주면을 따라 연결된 밀폐공간(213)이 형성되고, 밀폐공간(213)에 냉각액(230)이 마련된다. 이에, 벽면부(210)에 냉각액(230)을 저장함에 따라 캔(200)의 내부에 있는 고온의 전극조립체(100) 및 전해액을 효과적으로 냉각할 수 있다.

여기서 벽면부(210)는 2중 구조로 형성됨에 따라 눌림 현상이 발생할 수 있으며, 이에 강도 증대를 위해 밀폐공간(213)에는 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 내벽면(211)과 외벽면(212)을 연결하는 하나 이상의 격벽(214)이 형성되고, 이 격벽(214)의 지지력에 의해 내벽면(211)과 외벽면(212)이 상호 대응하는 방향으로 눌려지는 것을 방지할 수 있다.

한편, 격벽(214)은 벽면부(210)의 주면(도 5에서 보았을 때 좌우방향)을 따라 연결되면서 밀폐공간(213)을 2개 이상으로 분할하며, 이에 내벽면(211)과 외벽면(212) 전체의 강도를 균일하게 증대할 수 있다.

한편, 격벽(214)의 일면에는 도 6을 참조하면, 2개 이상으로 분할된 밀폐공간(213)을 연결하는 관통홀(214a)이 형성되며, 이 관통홀(214a)을 통해 2개 이상으로 분할된 밀폐공간(213)의 냉각액(230)이 통과하면서 냉각액(230)이 어느 한 부분에 집중되는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 내벽면(211)은 도 3을 참조하면, 외벽면(212) 보다 작은 두께를 가진다. 즉, 외벽면(212)의 두께는 크게 하여 외부 충격으로부터 전극조립체(100)를 보호하고, 내벽면(211)의 두께는 작게 하여 냉각액(230)을 통한 전극조립체(100)의 냉각 효율성을 높일 수 있다.

한편, 벽면부(210)의 상면에는 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 밀폐공간(213)과 연결되고 밀폐공간(213)으로 냉각액(230)을 주입하는 주입홀(215)이 형성되며, 주입홀(215)은 냉각액(230) 주입이 완료되면 밀폐볼(216)에 의해 마감된다.

즉, 2중 구조의 캔(200)은 주입홀(215)을 통해 냉각액(230)을 간편하게 주입할 수 있으며, 냉각액(230) 주입이 완료되면 주입홀(215)에 밀폐볼(216)을 압입함과 동시에 열을 가하여 주입홀(215)을 밀폐한다.

한편, 내벽면(211)과 외벽면(212)은 스테인레스 스틸(Stainless Steel)재질로 마련되며, 이에 냉각액(230)의 냉기를 손실 없이 그대로 전극조립체(100)에 전달하여 냉각할 수 있어 냉각 효율성을 극대화시킬 수 있고, 특히 내벽면(211)과 외벽면(212)을 통해서도 전극조립체(100)를 냉각할 수 있다.

한편, 내벽면(211)과 외벽면(212)의 표면에는 니켈 코팅부(240)가 형성되며, 니켈 코팅부(240)은 전해액 및 외부로부터 캔(200)을 보호하는 한편, 스테인레스 스틸(Stainless Steel)인 내벽면(211)의 냉각 효율성을 높인다.

한편, 냉각액(230)은 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol)을 사용한다. 즉, 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol)은 냉각액으로 널리 사용되는 것으로, 특히 무색무취의 단맛이 있는 액체로, 저온에 얼지 않고, 냉각 효율성이 우수하다.

한편, 냉각액(230)은 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol)과 함께 물을 혼합하여 사용할 수 있으며, 이는 냉각 효율성의 저하가 크지 않기에 물과 혼합하여 사용하고, 특히 점성을 낮추어 냉각액의 유동성에 의한 냉각 효율성을 높이고, 비용 절감 또한 절감할 수 있다.

즉, 냉각액(230)은 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol)과 물을 2:1 또는 3:1의 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 이차전지는 도 2를 참조하면, 전극조립체(100)의 코어(120) 내부에 냉각액(130)이 마련될 수 있으며, 이 코어(120)에 마련된 냉각액(130)을 통해 전극조립체(100)의 내부를 냉각할 수 있다.

즉, 코어(120)에 내장된 냉각액(130)을 통해 전극조립체의 내측을 냉각하고, 캔(200)에 내장된 냉각액(230)을 통해 전극조립체(100)의 외측을 냉각하여 전극조립체(100)의 전체를 효과적으로 냉각할 수 있다.

한편, 내벽면(211)은 표면이 울퉁불퉁하게 형성될 수 있다. 즉, 내벽면(211)의 표면을 주름 또는 요철 형태로 울퉁불퉁하게 형성하며, 이에 내벽면(211)의 면적 증대로 인해 캔 내부의 고열과 냉각액(130)의 저온의 열 교환력과 냉각 효율성을 높일 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 이차전지는 캔(200)과 코어(120)의 내부에 전극조립체(100)를 냉각하는 냉각액(230)(130)을 포함하며, 이에 충방전시 전극조립체(100) 및 캔(200)의 부피 증대를 방지하고, 전극조립체(100)의 성능 저하를 방지할 수 있다.

전술된 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 전극조립체
110: 전극시트
120: 코어
121: 밀폐공간
120: 냉각액
200: 캔
210: 벽면부
211: 내벽면
212: 외벽면
213: 밀폐공간
214: 격벽
214a: 관통홀
215: 주입홀
216: 밀폐볼
220: 바닥부
230: 냉각액
240: 니켈 코팅부
300: 캡조립체

Claims

전극 조립체가 수용되는 캔을 포함하며,
상기 캔은 내벽면과 외벽면의 2중 구조로 마련된 통 형태의 벽면부와, 상기 벽면부의 하단을 마감하는 바닥부를 포함하고,
상기 내벽면과 상기 외벽면 사이에는 냉각액이 마련되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 내벽면과 상기 외벽면 사이에는 상기 벽면부의 주면을 따라 연결된 밀폐공간이 형성되고, 상기 밀폐공간에 냉각액이 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 2에 있어서,
상기 밀폐공간에는 상기 내벽면과 상기 외벽면을 연결하는 하나 이상의 격벽이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 3에 있어서,
상기 격벽은 상기 벽면부의 주면을 따라 연결되면서 상기 밀폐공간을 2개 이상으로 분할하는 한편, 상기 내벽면과 상기 외벽면의 강도를 증대하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 4에 있어서,
상기 격벽의 일면에는 2개 이상으로 분할된 밀폐공간을 연결하는 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 2에 있어서,
상기 내벽면은 상기 외벽면 보다 작은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 2에 있어서,
상기 벽면부의 상면에는 상기 밀폐공간과 연결되고 상기 밀폐공간으로 냉각액을 주입하는 주입홀이 형성되며,
상기 주입홀은 냉각액 주입이 완료되면 밀폐볼에 의해 마감되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 2에 있어서,
상기 내벽면과 상기 외벽면은 스테인레스 스틸(Stainless Steel)재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 2에 있어서,
상기 내벽면과 상기 외벽면의 표면에는 니켈 코팅부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각액은 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol)인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각액은 물을 더 포함하여 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol)과 물을 2:1 또는 3:1의 비율로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 전극조립체는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극으로 마련된 전극시트와, 상기 전극시트가 감겨지는 코어를 포함하며,
상기 코어의 내부에는 냉각액이 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지.