KR20170009591A - 2차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동 및 충격 등의 환경에서 전지를 고정할 수 있는 2차전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전해액에 함침되는 전극조립체, 상기 전극조립체를 내부에 수용하는 캔부재, 상기 전극조립체에 부착되며, 상기 전해액에 의해 상기 전극조립체와 상기 캔부재 사이에서 팽창함으로써 상기 전극조립체를 고정시키는 스웰링 테이핑부재 및 상기 전극조립체의 상기 스웰링 테이핑부재와 이웃하게 부착되며, 상기 전해액에 의해 팽창하지 않는 실링 테이핑부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

2차전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은 2차전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 진동 및 충격 등의 환경에서 전지를 고정할 수 있는 2차전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

한편, 이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 또한, 리튬 이차전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.

이 중 원통형 이차전지는 전극조립체와, 이 전극조립체를 수용하는 원통형의 캔과, 이 캔의 상부에 결합되는 캡 조립체를 포함하여 이루어진다.

이러한 구조를 갖는 이차전지는 전기·전자 장비의 전원으로서 다양한 환경에 놓일 수 있다. 예컨대, 상기 이차전지는 드릴 같은 전동공구의 전원으로 사용될 수도 있는데, 전동공구는 순간적인 파워를 요구하는 경우가 많으므로 전지의 내부저항(IR)이 작으면 작을수록 좋다.

그런데, 전동공구는 진동 같은 외부 충격이 심하므로, 이러한 진동 내지 충격에 의해 전지의 캔 내부에서 전극조립체가 유동하는 경우가 많이 발생한다.

이러한 유동은 전지 내부의 저항을 증가시키고, 캡조립체의 한 부품에 용접된 양극탭이나 캔의 바닥면에 용접된 음극탭의 용접 부위를 손상시켜 전지의 신뢰성을 떨어뜨린다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0087102호에는 진동 내지 충격으로부터 전극조립체의 유동을 방지하는 테이프가 공지되어 있다.

도 1은 종래의 유동 방지 테이프가 전극조립체에 부착된 것을 도시한 도면이다.

하지만, 종래의 전극조립체 유동 방지 테이프(100)는 고비용이기 때문에 이차전지의 원가를 증가시키는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 원가를 절감하면서 진동 내지 충격으로부터 전극조립체의 유동 또는 흔들림을 방지할 수 있는 2차전지를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 2차전지는 전해액에 함침되는 전극조립체, 상기 전극조립체를 내부에 수용하는 캔부재, 상기 전극조립체에 부착되며, 상기 전해액에 의해 상기 전극조립체와 상기 캔부재 사이에서 팽창함으로써 상기 전극조립체를 고정시키는 스웰링 테이핑부재 및 상기 전극조립체의 상기 스웰링 테이핑부재와 이웃하게 부착되며, 상기 전해액에 의해 팽창하지 않는 실링 테이핑부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 스웰링 테이핑부재는 한 쌍으로 마련되며, 각각이 상기 전극조립체의 양단부에 상호 이격되게 부착되며, 상기 실링 테이핑부재는 상기 한 쌍의 스웰링 테이핑 부재의 사이에 부착될 수 있다.

상기 스웰링 테이핑부재는 상기 전해액을 흡수하며 팽창하여 상기 캔부재로부터 상기 전극조립체를 압착함으로써 상기 전극조립체의 유동을 방지할 수 있다.

상기 실링 테이핑부재는 상기 전극조립체와 상기 캔부재와의 이격된 공간을 보상할 수 있다.

상기 스웰링 테이핑부재는 상기 전극조립체의 둘레 중 상대적으로 팽창이 적게 되는 부위에 부착되어 상기 전해액을 흡수하며 팽창하여 상기 캔부재로부터 상기 전극조립체를 압착할 수 있다.

본 발명에 따르면, 스웰링 테이핑부재를 전극조립체의 둘레 중 상대적으로 팽창이 적게 되는 부위에 부착하여 원가를 절감하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전극조립체에서 스웰링 테이핑부재가 부착되지 않는 부위에는 실링 테이핑부재를 부착하여 원가는 줄이면서 전극조립체와 캔부재와의 이격된 공간을 보상하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 스웰링 테이핑부재를 전극조립체의 둘레 중 상대적으로 팽창이 적게 되는 부위에 부착하여 원가를 절감하면서 스웰링 테이핑부재가 전해액을 흡수하며 팽창 변형하여 전극조립체의 유동 또는 흔들림을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 유동 방지 테이프가 전극조립체에 부착된 것을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차전지를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차전지에서 전극조립체에 스웰링 테이핑부재와 실링 테이핑부재가 부착된 것을 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차전지가 충전되기 전의 상태에서 캔부재의 일부를 절개하여 내부를 도시한 일부 절개도이다.
도 5는 도 4의 2차전지가 충전된 상태를 도시한 일부 절개도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 본 명세서에 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차전지를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차전지에서 전극조립체에 스웰링 테이핑부재와 실링 테이핑부재가 부착된 것을 도시한 구성도이다.

도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차전지는 전해액(7)에 함침되는 전극조립체(5), 상기 전극조립체(5)를 내부에 수용하는 캔부재(3), 상기 전극조립체(5)에 부착되며, 상기 전해액(7)에 의해 상기 전극조립체(5)와 상기 캔부재(3) 사이에서 팽창함으로써 상기 전극조립체(5)를 고정시키는 스웰링 테이핑부재(10) 및 상기 전극조립체(5)의 상기 스웰링(swelling) 테이핑부재(10)와 이웃하게 부착되며, 상기 전해액(7)에 의해 팽창하지 않는 실링(sealing) 테이핑부재(20)를 포함한다.

전극 조립체(5)가 수납되는 캔부재(3)의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 이 분야의 공지의 종류로서 원통형의 캔 등이 예시될 수 있다.

2차전지는 전동공구 모델 등에 적용되어 진동의 환경에 노출될 수 있으며, 본 발명의 2차전지(1)가 이러한 환경에 적용되는 경우에는 스웰링 테이핑부재(10)를 사용하여 내부의 전극조립체(5)가 유동하거나 흔들리지 못하도록 한다.

이와 같이 스웰링 테이핑부재(10)를 사용함으로써 전극조립체(5)가 유동하거나 흔들려 캔부재(3)와의 고정 역할을 하는 음극 탭이 떨어져 나가 이슈(issue)가 발생하는 것을 방지한다.

그런데 본 발명은 종래의 기술과는 다르게 전극조립체(5)의 둘레 전체에 스웰링 테이핑부재(10)를 부착하지 않고 2차전지(1)의 충전 시 전극조립체(5)에서 상대적으로 팽창이 적게 되는 부분에만 스웰링 테이핑부재(10)를 부착하는 것을 특징으로 한다.

스웰링 테이핑부재(10)는 실링 테이핑부재(20)에 비해 고가이기 때문에 스웰링 테이핑부재(10)를 전극조립체(5)에서 상대적으로 팽창이 적게 되는 부분에만 부착함으로써 종래 기술에 비해 2차전지(1)의 제작 원가를 줄이는 효과가 있다.

또한, 스웰링 테이핑부재(10)를 변형, 예를 들면, 팽창시키는 유체인 전해액(7)의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 전지의 종류에 따라서 이 분야의 공지의 전해액이 사용된다.

예를 들어, 2차전지(1)가 리튬 이차 전지인 경우, 전해액(7)은 예를 들면, 비수성 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.

리튬염은 유기 용매에 용해되어, 2차전지(1) 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진시킬 수 있다.

리튬염의 예로는, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수), LiCl, LiI, 및 리튬 비스옥살레이트 보레이트(lithium bisoxalate borate) 등의 일종 또는 이종 이상을 지지(supporting) 전해염으로 포함하는 것을 들 수 있다.

전해액(7)에서 리튬염의 농도는, 용도에 따라 변화될 수 있는 것으로, 통상적으로는 0.1M 내지 2.0M 범위 내에서 사용한다.

또한, 유기 용매는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질의 역할을 하는 것으로서, 그 예로는, 벤젠, 톨루엔, 플루오로벤젠, 1,2-디플루오로벤젠, 1,3-디플루오로벤젠, 1,4-디플루오로벤젠, 1,2,3-트리플루오로벤젠, 1,2,4-트리플루오로벤젠, 클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠, 1,3-디클로로벤젠, 1,4-디클로로벤젠, 1,2,3-트리클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 아이오도벤젠(iodobenzene), 1,2-디이오도벤젠, 1,3-디이오도벤젠, 1,4-디이오도벤젠, 1,2,3-트리이오도벤젠, 1,2,4-트리이오도벤젠, 플루오로톨루엔, 1,2-디플루오로톨루엔, 1,3-디플루오로톨루엔, 1,4-디플루오로톨루엔, 1,2,3-트리플루오로톨루엔, 1,2,4-트리플루오로톨루엔, 클로로톨루엔, 1,2-디클로로톨루엔, 1,3-디클로로톨루엔, 1,4-디클로로톨루엔, 1,2,3-트리클로로톨루엔, 1,2,4-트리클로로톨루엔, 아이오도톨루엔, 1,2-디이오도톨루엔, 1,3-디이오도톨루엔, 1,4-디이오도톨루엔, 1,2,3-트리이오도톨루엔, 1,2,4-트리이오도톨루엔, R-CN(여기에서, R은 탄소수 2 내지 50의 직쇄상, 분지상 또는 고리상 구조의 탄화 수소기로서, 상기 탄화수소기는 이중결합, 방향족 고리 또는 에테르 결합 등을 포함할 수 있다), 디메틸포름아마이드, 디메틸아세테이트, 크실렌, 사이클로헥산, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 사이클로헥사논, 에탄올, 이소프로필 알콜, 디메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 디메톡시에탄, 1,3-디옥솔란, 디글라임, 테트라글라임, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 감마-부티로락톤, 설포란(sulfolane), 발레로락톤, 데카놀라이드 또는 메발로락톤의 일종 또는 이종 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

스웰링 테이프부재(10)에는, 전술한 바와 같은 변형, 예를 들면, 팽창 특성을 가지는 기재층에 소정의 박리력을 가지는 점착제층이 형성되어 있다.

이에 따라 스웰링 테이프부재(10)는 전극조립체(5)에 부착된 상태로 면방향 뿐만 아니라 두께 방향으로도 입체적으로 팽창할 수 있다.

그 결과, 스웰링 테이프부재(10)는, 전극조립체(5)와 캔부재(3)의 내벽 간격을 효과적으로 충진하고, 전극조립체(5)를 고정하여 유동이나 흔들림 등을 방지할 수 있다.

즉, 스웰링 테이프부재(10)의 입체 형상이라 함은 전해액(7)과 접촉한 스웰링 테이프부재(10)의 기재층의 변형력과 점착제층의 박리력의 작용을 통하여 형성되는 것으로서, 전극조립체(5)를 캔부재(3) 내부에 공고히 고정할 수 있는 모든 구조를 포함하는 개념일 수 있다.

상술한 본 발명의 특징을 도 4 내지 도 5를 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차전지가 충전되기 전의 상태에서 캔부재의 일부를 절개하여 내부를 도시한 일부 절개도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스웰링 테이핑부재(10)는 한 쌍으로 마련되어 전극조립체(5)의 둘레면 일단측과 타단측에 각각 부착된다.

이렇게 각각이 전극조립체(5)의 양단부에 상호 이격되게 부착된 스웰링 테이핑부재(10)는 캔부재(3) 내부에 채워진 전해액(7)을 흡수하면서 팽창하여 캔부재(3)로부터 전극조립체(5)를 압착함으로써 전극조립체(5)의 유동을 방지하게 한다.

이때, 실링 테이핑부재(20)는 한 쌍의 스웰링 테이핑부재(10)의 사이에 부착되어 스웰링 테이핑부재(10)와는 다르게 전해액(7)에 의해 팽창하여 변형되지 않는다.

도 5는 도 4의 2차전지가 충전된 상태를 도시한 일부 절개도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 2차전지를 충전하면 본 발명의 실링 테이핑부재(20)가 부착된 전극조립체(5)의 둘레 중앙부분이 다른 부분에 비해 상대적으로 더 많이 팽창하게 되는데, 이때 실링 테이핑부재(20)는 팽창된 전극조립체(5)의 둘레 중앙부분과 캔부재(3)와의 사이 이격된 공간(a)을 채워 보상하게 된다.

본 실시예의 작동원리에 대하여 다시 간략히 설명하면, 전극조립체(5)의 상대적으로 부피 증가량이 적은 가운데 부분에는 실링 테이핑부재(20)를 부착하여 자체적으로 팽창하는 전극조립체(5)가 케이스에 밀착되도록 하되, 전극조립체(5)의 상대적으로 부피 증가량이 적은 말단 부분에는 스웰링 테이핑부재(10)를 부착하여 전해액에 의하여 부피가 증가하는 스웰링 테이핑부재(10)가 케이스에 밀착되도록 함으로써, 전체적으로 전극조립체(5)가 견고하게 고정되도록 한다.

즉, 본 발명에 의하면, 전극조립체(5)의 직경이 상대적으로 적게 증가하는 일부 영역에만 선택적으로 스웰링 테이핑부재(10)를 부착하여, 전극조립체(5)의 고정력은 향상시키고 생산 단가는 최소화할 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지(1)의 제작 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 전극조립체(5)의 양끝 단 둘레를 따라 각각 스웰링 테이핑부재(10)를 부착하고 한 쌍의 스웰링 테이핑부재(10)의 사이 둘레를 따라 실링 테이핑부재(20)를 부착한다.

그리고 스웰링 테이핑부재(10)와 실링 테이핑부재(20)가 부착된 전극 조립체(5)를 캔부재(3)의 내부에 수용한다.

그리고 캔부재(3)의 내부에 전해액(7)을 채운다.

이때, 스웰링 테이핑부재(10)는 전해액(7)을 흡수하면서 팽창 변형하여 캔부재(3)로부터 전극조립체(5)를 압착하여 전극조립체(5)를 고정한다.

그리고 캔부재(3)를 밀봉한다.

그리고 이차전지(1)를 충전하면 전극조립체(5)가 팽창하게 되는데, 전극조립체(5)의 둘레는 다른 부위에 비해 실링 테이핑부재(20)가 부착된 중앙 부위가 더 많이 팽창하면서 전극조립체(5)의 중앙 부위와 캔부재(3)와의 사이 이격된 공간(a)을 실링 테이핑부재(20)가 채워 보상하게 된다.

즉, 본 발명은 이차전지(1)가 진동 등이 발생하였을 시에 캔부재(3) 내부에 내장된 전극조립체(5)가 유동하지 않도록 전극조립체(5)를 고정하면서도 원가를 줄일 수 있도록 하기 위한 것이다.

따라서 이차전지(1)의 충전시에 이차전지(1)의 둘레 중 다른 부위에 비해 팽창 정도가 작은 전극조립체(5)의 양단 둘레에는 전해액을 흡수하여 팽창 변형하는 스웰링 테이핑부재(10)를 각각 부착하여 전해액에 의해 팽창 변형한 스웰링 테이핑부재(10)가 캔부재(3)와 전극조립체(5)의 사이 이격된 공간을 채우면서 캔부재(3)로부터 전극조립체(5)를 압착하여 전극조립체(5)가 유동 또는 흔들리지 못하도록 고정하게 한다.

그리고 이차전지(1)의 충전시에 전극조립체(5)의 둘레 중 다른 부위에 비해 팽창 정도가 큰 중앙 부위에는 전해액에 의해 팽창 변형하지 않으면서 스웰링 테이핑부재(10)에 비해 비용이 저렴한 실링 테이핑부재(20)를 부착하여 팽창된 전극조립체(5)와 캔부재(3)와의 사이 이격된 공간을 채우게 함으로써 전극조립체(5)의 고정력을 높이게 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면 2차전지(1)의 원가를 절감하면서도 전동공구 등에 적용된 2차전지(1)의 전극조립체(5)가 외부 진동에 의해 유동하거나 흔들려 음극탭이 떨어져 나감으로 인해 이슈가 발생되는 등의 현상을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 2차전지는 스웰링 테이핑부재를 전극조립체의 둘레 중 상대적으로 팽창이 적게 되는 부위에 부착하여 원가를 절감하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전극조립체에서 스웰링 테이핑부재가 부착되지 않는 부위에는 실링 테이핑부재를 부착하여 원가는 줄이면서 전극조립체와 캔부재와의 이격된 공간을 보상하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 스웰링 테이핑부재를 전극조립체의 둘레 중 상대적으로 팽창이 적게 되는 부위에 부착하여 원가를 절감하면서 스웰링 테이핑부재가 전해액을 흡수하며 팽창 변형하여 전극조립체의 유동 또는 흔들림을 방지하는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 2차전지를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 2차전지
3: 캔부재
5: 전극조립체
7: 전해액
11: 양극 포일 무지부
10: 스웰링 테이핑부재
20: 실링 테이핑부재

Claims (5)

1. 전해액(7)에 함침되는 전극조립체(5);
   상기 전극조립체(5)를 내부에 수용하는 캔부재(3);
   상기 전극조립체(5)에 부착되며, 상기 전해액(7)에 의해 상기 전극조립체(5)와 상기 캔부재(3) 사이에서 팽창함으로써 상기 전극조립체(5)를 고정시키는 스웰링 테이핑부재(10); 및
   상기 전극조립체(5)의 상기 스웰링(swelling) 테이핑부재(10)와 이웃하게 부착되며, 상기 전해액(7)에 의해 팽창하지 않는 실링(sealing) 테이핑부재(20); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스웰링 테이핑부재(10)는 한 쌍으로 마련되며, 각각이 상기 전극조립체(5)의 양단부에 상호 이격되게 부착되며,
   상기 실링 테이핑부재(20)는 상기 한 쌍의 스웰링 테이핑 부재(10)의 사이에 부착되는 것을 특징으로 하는 2차전지.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 스웰링 테이핑부재(10)는 상기 전해액(7)을 흡수하며 팽창하여 상기 캔부재(3)로부터 상기 전극조립체(5)를 압착함으로써 상기 전극조립체(5)의 유동을 방지하는 것을 특징으로 하는 2차전지.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 실링 테이핑부재(20)는 상기 전극조립체(5)와 상기 캔부재(3)와의 이격된 공간(a)을 보상하는 것을 특징으로 하는 2차전지.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 스웰링 테이핑부재(10)는 상기 전극조립체(5)의 둘레 중 상대적으로 팽창이 적게 되는 부위에 부착되어 상기 전해액(7)을 흡수하며 팽창하여 상기 캔부재(3)로부터 상기 전극조립체(5)를 압착하는 것을 특징으로 하는 2차전지.

Images