KR20180001230A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20180001230A
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Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 라미네이트 외장재 코너부의 연신율을 줄여, 코너부의 크랙 현상을 억제하고 또한 코너부의 외관 품질을 개선할 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수용하도록, 상호간 이격된 한쌍의 장변 곡면부와, 상호간 이격된 한쌍의 단변 곡면부와, 상기 장변 곡면부와 단변 곡면부 사이에 형성된 코너 곡면부를 포함하는 라미네이트 외장재를 포함하고, 상기 장변 곡면부의 곡률 반경이 상기 단변 곡면부의 곡률 반경보다 큰 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{Secondary battery}
본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 스마트폰, 피처폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원 및 전력 저장용 전지 등으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 양극 및 음극으로 이루어지는 전극 조립체, 이를 수용하는 케이스, 전극 조립체에 연결되는 전극 탭을 포함한다. 케이스는 그 형상에 따라 원형, 각형 및 파우치형 등으로 구분할 수 있다. 이 중, 파우치형 이차 전지는 다양한 형상으로 변형이 용이하고 중량이 작은 라미네이트 외장재로 형성될 수 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 라미네이트 외장재 중 코너 곡면부의 연신율이 감소되어, 코너 곡면부의 크랙 현상이 억제되고, 또한 코너 곡면부의 외관 품질이 개선될 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수용하도록, 상호간 이격된 한쌍의 장변 곡면부와, 상호간 이격된 한쌍의 단변 곡면부와, 상기 장변 곡면부와 단변 곡면부 사이에 형성된 코너 곡면부를 포함하는 라미네이트 외장재를 포함하고, 상기 장변 곡면부의 곡률 반경이 상기 단변 곡면부의 곡률 반경보다 크다.
상기 장변 곡면부의 곡률 반경이 상기 단변 곡면부의 곡률 반경에 비해 1.1배 내지 3배일 수 있다. 상기 코너 곡면부의 곡률 반경이 상기 장변 곡면부의 곡률 반경과 상기 단변 곡면부의 곡률 반경의 사이에 있을 수 있다. 상기 단변 곡면부의 깊이가 상기 장변 곡면부의 깊이보다 깊을 수 있다. 상기 코너 곡면부의 깊이가 상기 단변 곡면부의 깊이와 상기 장변 곡면부의 깊이 사이에 있을 수 있다. 상기 라미네이트 외장재는 평평한 제1외장부와, 상기 제1외장부에 의해 덮이며 상기 전극 조립체를 수용하도록 리세스가 형성된 제2외장부를 포함할 수 있다. 상기 제2외장부는 상기 제1외장부로부터 멀어지는 방향으로 연장된 연장 영역과, 상기 연장 영역에 연결되고 상기 제1외장부에 평행한 평평 영역을 포함하고, 상기 장변 곡면부와 단변 곡면부는 상기 연장 영역과 평평 영역이 만나는 변에서 각각 형성되고, 상기 코너 곡면부는 상기 연장 영역과 평평 영역이 만나는 코너에서 형성될 수 있다. 상기 코너 곡면부의 두께가 상기 장변 곡면부 또는 단변 곡면부의 두께보다 작을 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수용하도록, 상호간 이격된 한쌍의 장변 곡면부와, 상호간 이격된 한쌍의 단변 곡면부와, 상기 장변 곡면부와 단변 곡면부 사이에 형성된 코너 곡면부를 포함하는 라미네이트 외장재를 포함하고, 상기 코너 곡면부의 두께가 상기 장변 곡면부 또는 단변 곡면부의 두께보다 작다.
상기 코너 곡면부의 두께가 상기 장변 곡면부 또는 단변 곡면부의 두께에 비해 0.8배 내지 0.9배일 수 있다. 상기 라미네이트 외장재는 금속층을 중심으로 대향하는 양면에 절연층이 각각 형성되고, 상기 코너 곡면부의 금속층 두께가 상기 장변 곡면부의 금속층 또는 단변 곡면부의 금속층 두께보다 작을 수 있다. 상기 장변 곡면부의 곡률 반경이 상기 단변 곡면부의 곡률 반경보다 클 수 있다. 상기 코너 곡면부의 곡률 반경이 상기 장변 곡면부의 곡률 반경과 상기 단변 곡면부의 곡률 반경의 사이에 있을 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 라미네이트 외장재 중 코너 곡면부의 연신율이 감소되어, 코너 곡면부의 크랙 현상이 억제되고, 또한 코너 곡면부의 외관 품질이 개선될 수 있는 이차 전지를 제공한다. 즉, 본 발명의 다양한 실시예는 장변 곡면부의 곡률 반경이 단변 곡면부의 곡률 반경보다 크도록 하거나, 그리고/또는 코너 곡면부의 곡률 반경이 장변 곡면부의 곡률 반경과 단변 곡면부의 곡률 반경의 사이에 있도록 하여, 코너 곡면부의 크랙 현상이 억제되도록 하고, 코너 곡면부의 외관 품질이 개선되도록 할 수 있다. 즉, 본 발명의 다양한 실시예는 외부 습기에 대한 코너 곡면부의 방습 성능이 향상되고, 외부 충격에 의해 코너 곡면부에 주름이 형성되거나 찌그러지는현상이 억제된다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예는 코너 곡면부의 두께가 장변 곡면부 및/또는 단변 곡면부의 두께보다 작되, 코너 곡면부의 두께가 장변 곡면부 및/또는 단변 곡면부의 두께에 비해 0.8배 내지 0.9배가 되도록 함으로써, 코너 곡면부의 크랙 현상이 억제(즉, 방습 성능이 향상됨)되도록 하고, 코너 곡면부의 외관 품질이 개선(즉, 이에 따라 주름이 형성되지 않고 찌그러지지 않음)되도록 할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도 및 조립 평면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 부분 사시도 및 정면도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 중에서 장변 곡면부, 코너 곡면부 및 단변 곡면부를 각각 도시한 개략 단면도이고, 도 3d는 장변 곡면부, 코너 곡면부 및 단변 곡면부를 가상적으로 함께 도시한 개략 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 중에서 장변 곡면부와 코너 곡면부의 두께를 각각 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "하부"를 포괄하는 개념이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도 및 조립 평면도이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110) 및 라미네이트 외장재(120)를 포함한다.
전극 조립체(110)는 제1전극(111), 제2전극(112) 및 제1전극(111)과 제2전극(112) 사이에 개재되는 세퍼레이터(113)를 포함할 수 있다. 전극 조립체(110)는 제1전극(111)과 세퍼레이터(113) 및 제2전극(112)의 적층제를 권취하여 형성될 수 있다. 비록 도면에서, 일례로 권취형 또는 젤리롤 타입의 전극 조립체(110)가 도시되어 있으나, 본 발명에서 다른 예로 스택형 전극 조립체가 이용될 수도 있다.
제1전극(111)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제2전극(112)은 음극으로서 작용할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하나, 이하에서는 제1전극(111)이 양극으로 작용하고 제2전극(112)이 음극으로 작용하는 것을 가정하여 설명하기로 한다.
제1전극(111)은, 한정하는 것은 아니지만, 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄 호일(foil) 또는 메쉬로 이루어진 제1전극 집전체의 양면에 코팅된 제1전극 활물질층을 포함한다. 여기서 제1전극 활물질은, 한정하는 것은 아니지만, 칼코게나이트(chalcogenide) 화합물이 사용될 수 있으며, 일례로, LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용될 수 있다. 제1전극 집전체에 제1전극 활물질층이 형성되지 않은 제1전극 무지부에는, 한정하는 것은 아니지만, 제1전극탭(114)이 형성될 수 있다. 즉, 제1전극탭(114)의 일단은 제1전극 무지부에 전기적으로 연결되며, 타탄은 외부로 돌출될 수 있다. 또한, 제1전극탭(114)에는 절연 부재(114a)가 부착되어, 제1전극탭(114)이 라미네이트 외장재(120)와 쇼트되는 것을 방지할 수 있다.
제2전극(112)은, 한정하는 것은 아니지만, 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리 또는 니켈 호일이나 메쉬로 이루어진 제2전극 집전체의 양면에 코팅된 제2전극 활물질층을 포함한다. 여기서 제2전극 활물질은, 한정하는 것은 아니지만, 탄소 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체, 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이트 또는 금속 산화물 등이 사용될 수 있다. 제2전극 집전체에 제2전극 활물질층이 형성되지 않은 제2전극 무지부에는, 한정하는 것은 아니지만, 제2전극탭(115)이 형성될 수 있다. 즉, 제2전극탭(115)의 일단은 제2전극 무지부에 전기적으로 연결되며, 타단은 외부로 돌출될 수 있다. 또한, 제2전극탭(115)에는 절연 부재(115a)가 부착되어, 제2전극탭(115)이 라미네이트 외장재(120)와 쇼트되는 것을 방지할 수 있다.
세퍼레이터(113)는 제1전극(111)과 제2전극(112) 사이에 개재되어 제1전극(111)과 제2전극(112)의 단락을 방지한다. 세퍼레이터(113)는, 한정하는 것은 아니지만, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 다공성 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다. 세퍼레이터(113)는 제1전극(111)과 제2전극(112) 간의 단락을 방지하기 위해 제1전극(111) 및 제2전극(112) 보다 폭을 넓게 형성할 수 있다. 더불어, 세퍼레이터는, 한정하는 것은 아니지만, 고체 전해질(예를 들면, Perovskite계, NASICON계, LISICON계, Sulfide계, Garnet계 또는 Glass계와 같은 무기계 세라믹 기반 전해질 또는 고분자 기반 전해질)을 포함하는 개념으로써, 이 경우 액체 전해질이 생략될 수 있다.
라미네이트 외장재(120)는 전극 조립체(110)를 수용하며, 전극 조립체(110)의 외주연을 실링하여 형성된다. 라미네이트 외장재(120)는 실질적으로 제1외장부(121)와 제1외장부(121)에 일단이 연결되고 전극 조립체(110)를 수용할 수 있도록 일정 깊이의 리세스(123)를 갖는 제2외장부(122)를 포함한다.
더불어, 전극 조립체(110)의 외주연에 상응하는 제1,2외장부(121,122)의 둘레(124)가 상호간 열융착됨으로써, 대략 파우치 또는 포켓 타입의 라미네이트 외장재(120)의 내측에 전극 조립체(110)가 수용된다.
즉, 라미네이트 외장재(120)는 일체로 형성된 사각 판상의 라미네이트 외장재을 한 변의 길이 방향을 기준으로 중간을 절곡하여, 제1외장부(121)와 제2외장부(122)를 이루도록 형성된다. 제2외장부(122)에는 프레스(press) 또는 드로잉(drawing) 가공 등을 통해 전극 조립체(110)가 수용될 수 있는 일정 깊이의 리세스(123)가 형성되고, 리세스(123)의 외주연에 제1외장부(121)와의 실링을 위한 실링부(124)가 형성된다. 실링부(124)는 제1외장부(121)와 제2외장부(122)가 일체로 접하여 있는 한 변과 나머지 세변을 따라서 모두 형성될 수 있다.
또한, 제2외장부(122)는 제1외장부(121)로부터 멀어지는 네개의 연장 영역과, 이러한 네개의 연장 영역에 연결되는 동시에 리세스(123)의 바닥이 되는 평평 영역을 포함한다. 여기서, 네개의 연장 영역 중 상대적으로 긴 영역을 장변 연장 영역으로, 상대적으로 짧은 영역을 단변 연장 영역으로 정의할 수 있다.
전극 조립체(110)의 제1,2전극탭(114,115)은 제1외장부(121)와 제2외장부(122)가 융착된 영역을 통하여 외부로 인출된다. 이때, 제1,2전극탭(114,115)에 형성된 절연 부재(114a,115b)가 실링부(124)에 함께 실링된다. 즉, 절연 부재(114a,115b)는 제1,2전극탭(114,115)과 실링부(124)가 접촉하는 부분에 형성되어 제1,2전극탭(114,115)이 라미네이트 외장재(120)와 쇼트되는 것을 방지한다.
라미네이트 외장재(120)는, 한정하는 것은 아니지만, 제1절연층(120a), 금속층(120b) 및 제2절연층(120c)을 갖는 다층 구조로 형성될 수 있다. 물론, 이밖에도 다양한 접착층이나 기능층이 더 추가될 수 있으나, 본 발명의 요지를 흐리지 않도록, 이에 대한 설명은 생략한다.
제1절연층(120a)은 라미네이트 외장재(120)의 내측면으로, 절연성 및 열접착성을 가지는 물질로 형성된다. 또한, 제1절연층(120a)은 금속층(120b)의 일면에 형성되며, 전극 조립체(110)와 대향하는 라미네이트 외장재(120)의 내측면을 이룬다. 제1절연층(120a)은, 한정하는 것은 아니지만, 전해액 등과 반응하지 않는 캐스티드 폴리프로핀렌(Casted Polypropylene:CPP) 또는 그 등가물로 형성될 수 있다. 제2외장부(122)의 리세스(123)에 전극 조립체(110)를 수용하고 제1외장부(121)로 덮으면, 라미네이트 외장재(120)의 제1절연층(120a)이 서로 접촉하게 된다. 따라서, 실링부(124)를 열융착시키면, 제1절연층(120a)이 서로 접착되어 라미네이트 외장재(120)가 밀봉된다.
금속층(120b)은 제1절연층(120a)과 제2절연층(120c) 사이에 개재되어 있으며, 외부로부터 수분과 산소가 유입되는 것을 막고, 만약 라미네이트 외장재(120)의 내부에 전해액이 채워진다면, 이의 외부 유출을 방지하는 역할을 한다. 또한, 금속층(120b)은 라미네이트 외장재(120)의 기계적 강도를 유지하는 역할을 한다. 일반적으로 금속층(120b)은, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄, 알루미늄 합금, 철, 철 합금으로 형성될 수 있다. 이러한 금속층(120b)은 리세스(123)의 형성 공정 중 연신되고, 특히, 연신이 많이 이루어진 부분의 두께는 얇아져서 크랙되어 방습성이 저하될 수 있다(즉, 투습성이 증가할 수 있다). 따라서, 이러한 리세스(123)의 성형 공정 중 연신되는 금속층(120b)의 두께 관리는 매우 중요하다.
제2절연층(120c)은 라미네이트 외장재(120)의 외측면으로, 외부 전자기기와의 기계적, 화학적 충격을 완화하는 역할을 한다. 또한, 제2절연층(120c)은 금속층(120b)의 타면에 형성되며, 라미네이트 외장재(120)의 외측면을 이룬다. 제2절연층(120c)은, 한정하는 것은 아니지만, 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리부틸렌 나프탈레이트(PBN) 또는 그 등가물로 형성될 수 있다.
한편, 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)의 라미네이트 외장재(120)중 제2외장부(122)는 제1외장부(121)로부터 멀어지는 방향으로 연장된 다수의 연장 영역(125,126,127)과, 다수의 연장 영역(125,126,127)에 연결되고 제1외장부(121)와 대략 평행한 평평 영역(128)을 포함할 수 있다.
여기서, 다수의 연장 영역(125,126,127)과 하나의 평평 영역(128)이 실질적으로 전극 조립체(110)를 수용하는 리세스(123)를 정의할 수 있다. 더욱이, 다수의 연장 영역 중 2개의 연장 영역은 상대적으로 긴 장변 연장 영역(125)으로 정의될 수 있고, 나머지 2개의 연장 영역은 상대적으로 짧은 단변 연장 영역(126)으로 정의될 수 있으며, 또한 장변 연장 영역(125)과 단변 연장 영역(126) 사이의 코너는 코너 연장 영역(127)으로 정의될 수 있다.
더불어, 평평 영역(128)과 장변 연장 영역(125)이 상호간 만나는 변, 경계 또는 영역에는 가변 곡률 반경을 갖는 장변 곡면부(125a)가 형성되고, 평평 영역(128)과 단변 연장 영역(126)이 상호간 만나는 변, 경계 또는 영역에는 가변 곡률 반경을 갖는 단변 곡면부(126a)가 형성된다. 이와 같이 하여, 장변 곡면부(125a)는 상호간 마주보는 한쌍으로, 단변 곡면부(126a) 역시 상호간 마주보는 한쌍으로 형성될 수 있다.
더욱이, 평평 영역(128), 장변 연장 영역(125), 단변 연장 영역(126)이 모두 만나는 코너 또는 영역, 또는 다르게 설명하면 평평 영역(128)과 코너 연장 영역(127)이 만나는 영역에 가변 곡률 반경을 갖는 코너 곡면부(127a)가 형성된다.
이러한 코너 곡면부(127a)는 4개가 형성될 수 있다. 더불어, 이러한 코너 곡면부(127a)는 장변 곡면부(125a)를 단변 곡면부(126a)에 연결하는 역할을 한다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 장변 곡면부(125a)의 곡률 반경, 단변 곡면부(126a)의 곡률 반경 및 코너 곡면부(127a)의 곡률 반경, 또는 장변 곡면부(125a)의 두께, 단변 곡면부(126a)의 두께 및 코너 곡면부(127a)의 두께가 조절되고 한정됨으로써, 기존 대비, 예를 들면, 코너 곡면부(127a)의 연신율이 감소하고, 이에 따라 크랙이 감소하며(즉, 방습성이 향상되며) 따라서 외관 품질이 개선된(즉, 주름지거나 찌그러지지 않음) 이차 전지가 제공된다. 이를 아래에서 좀 더 자세하게 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 부분 사시도 및 정면도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100) 중 라미네이트 외장재(120)의 제2외장부(122)는 장변 연장 영역(125), 단변 연장 영역(126), 코너 연장 영역(127), 평평 영역(128), 장변 곡면부(125a), 단변 곡면부(126a) 및 코너 곡면부(127a)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 이들 구성 요소에 의해 제2외장부(122)에 일정 깊이의 리세스(123)가 정의됨으로써, 리세스(123)에 전극 조립체(110)가 수용될 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 장변 곡면부(125a)는 장변 연장 영역(125)과 평평 영역(128)이 만나는 변, 경계 또는 영역에 가변 곡률 반경을 가지며 형성되고, 단변 곡면부(126a)는 단변 연장 영역(126)과 평평 영역(128)이 만나는 변, 경계 또는 영역에 가변 곡률 반경을 가지며 형성된다. 또한, 코너 곡면부(127a)는, 실질적으로, 코너 연장 영역(127), 장변 곡면부(125a) 및 단변 곡면부(126a)가 상호간 만나는 경계 또는 영역에 가변 곡률 반경을 가지며 형성된다.
본 발명의 다양한 실시에에서, 장변 곡면부(125a), 단변 곡면부(126a) 및/또는 코너 곡면부(127a)는, 실질적으로, 가변 곡률 반경을 갖는다. 즉, 장변 곡면부(125a), 단변 곡면부(126a) 및 코너 곡면부(127a)는 모두 일정한 값으로 고정된 곡률 반경이 아닌 위치 또는 영역에 따라 가변하는 곡률 반경을 가짐으로써, 라미네이트 외장재(120)중 제2외장부(122)가 전극 조립체(110)에 더욱 잘 밀착되며(즉, 제2외장부(122)와 전극 조립체(110)의 사이에 갭 또는 스페이스가 최소화되며), 이에 따라 전극 조립체의 유동이나 흔들림 현상이 개선될 뿐만 아니라 성형 연신율 및 크랙이 감소하고, 외관 디자인이 개선된다. 이를 아래에서 더 상세하게 설명한다.
여기서, 가변 곡률 반경이란, 상술한 바와 같이, 곡면부의 곡률 반경이 모든 위치 또는 영역에서 동일한 것이 아니라, 위치 또는 영역마다 다른 것을 의미한다. 예를 들어, 장변 곡면부(125a)의 경우 장변 연장 영역(125)에 가까울수록 곡률 반경이 작고, 평평 영역(128)에 가까울수록 곡률 반경이 커질 수 있다. 또한, 단변 곡면부(126a)의 경우 단변 연장 영역(126)에 가까울수록 곡률 반경이 작고, 평평 영역(128)에 가까울수록 곡률 반경이 커질 수 있다. 또한, 코너 곡면부(127a)의 경우 코너 연장 영역(127)에 가까울수록 곡률 반경이 작고, 평평 영역(128)에 가까울수록 곡률 반경이 커질 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 평평 영역(128), 장변 곡면부(125a), 단변 곡면부(126a) 및 코너 곡면부(127a)가 효과적으로 전극 조립체(110)에 밀착됨으로써, 라미네이트 외장재(120)의 내부에서 전극 조립체(110)의 유동이나 흔들림 현상이 효율적으로 억제되고, 이에 따라 이차 전지의 낙하 시 전극 조립체(110)의 유동이나 흔들림 현상으로 인한 크랙 및/또는 외관 불량 현상이 효율적으로 방지될 수 있다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 중에서 장변 곡면부(125a), 코너 곡면부(127a) 및 단변 곡면부(126a)를 각각 도시한 개략 단면도이고, 도 3d는 장변 곡면부(125a), 코너 곡면부(127a) 및 단변 곡면부(126a)를 가상적으로 함께 도시한 개략 단면도이다.
여기서, 본 발명의 용이한 이해를 위해, 라미네이트 외장재(120)중 제1외장부(121) 및 제2외장부(122)는 다층 형태가 아니라 한층 형태로 도시되어 있음을 이해해야 한다. 또한, 도 3d에서 장변 곡면부(125a), 코너 곡면부(127a) 및 단변 곡면부(126a)의 곡률 반경은, 본 발명의 용이한 이해를 위해, 상당히 과장되어 도시되어 있음을 이해해야 한다.
도 3a 내지 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)에서, 장변 곡면부(125a)의 곡률 반경이 단변 곡면부(126a)의 곡률 반경보다 클 수 있다. 더욱이, 코너 곡면부(127a)의 곡률 반경이 장변 곡면부(125a)의 곡률 반경보다 작고 단변 곡면부(126a)의 곡률 반경보다 클 수 있다. 즉, 곡률 반경은 장변 곡면부(125a), 코너 곡면부(127a) 및 단변 곡면부(126a)의 내림 차순을 갖는다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 장변 곡면부(125a)의 곡률 반경이 단변 곡면부(126a)의 곡률 반경에 비해 대략 1.1배 내지 대략 3배일 수 있다. 여기서, 장변 곡면부(125a)의 곡률 반경이 단변 곡면부(126a)의 곡률 반경에 비해 대략 1.1배보다 작으면, 전극 조립체(110)와 장변 곡면부(125a) 사이의 갭 또는 스페이스가 상대적으로 크게 되어, 이차 전지의 낙하 시에 라미네이트 외장재(120)의 내부에서 전극 조립체(110)가 유동되거나 흔들릴 수 있다. 또한, 장변 곡면부(125a)의 곡률 반경이 단변 곡면부(126a)의 곡률 반경에 비해 대략 3배보다 크면 리세스(123)의 깊이가 상대적으로 얕아서(즉, 전극 조립체를 수용할 수 있는 충분한 공간이 형성되지 않음) 라미네이트 외장재(120)의 내부에 전극 조립체(110)를 수용하기 어렵게 된다.
특히, 실험적으로, 본 발명자는 상술한 바와 같이, 장변 곡면부(125a)의 곡률 반경이 단변 곡면부(126a)의 곡률 반경에 비해 대략 1.1배 내지 3배인 동시에, 코너 곡면부(127a)의 곡률 반경이 장변 곡면부(125a)의 곡률 반경과 단변 곡면부(126a)의 곡률 반경 사이에 있을 때, 라미네이트 외장재(120)의 내부에 전극 조립체(110)가 가장 안정적으로 위치됨을 발견할 수 있었다. 즉, 이러한 조건에서 이차 전지(100)의 낙하 시 라미네이트 외장재(120)의 내부에서 전극 조립체(110)의 유동이나 흔들림 현상이 가장 작았고, 또한 장변 곡면부(125a), 단변 곡면부(126a) 및 코너 곡면부(127a)에서의 크랙 현상이 가장 작았으며, 외관 불량이 발생하지 않았다.
여기서, 장변 곡면부(125a), 코너 곡면부(127a) 및 단변 곡면부(126a)의 각 곡률 반경은 가변형이므로, 상술한 각각의 곡률 반경은, 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 그 평균 곡률 반경으로 정의할 수 있다.
한편, 이러한 곡률 반경의 개념 대신 제1외장재로부터 각 곡면부의 대략 중앙을 향하는 깊이를 예로 하여 본 발명이 설명될 수 있다. 예를 들면, 제1외장부(121)로부터 단변 곡면부(126a)의 대략 중앙 영역에 대한 깊이가 장변 곡면부(125a)의 대략 중앙 영역에 대한 깊이보다 더 깊을 수 있다. 또한, 제1외장부(121)로부터 코너 곡면부(127a)의 대략 중앙 영역에 대한 깊이는 장변 곡면부(125a)의 대략 중앙 영역에 대한 깊이와 단변 곡면부(126a)의 대략 중앙 영역에 대한 깊이 사이의 범위일 수 있다. 즉, 리세스(123)의 대략 중앙 영역에 대한 깊이는 단변 곡면부(126a), 코너 곡면부(127a) 및 장변 곡면부(125a)의 내림 차순을 가질 수 있다.
이러한 조건에서, 본 발명자는 제2외장부(122) 중 대부분의 영역이 전극 조립체(110)에 효과적으로 밀착되고, 이에 따라 라미네이트 외장재(120)의 내부에서 전극 조립체(110)의 유동이나 흔들림 현상이 효율적으로 방지됨을 발견하였다.
이와 같은 이유는, 권취형 전극 조립체(110)의 경우 라미네이트 외장재(120)의 장변 곡면부(125a)와 대응되는 영역은 대략 라운드 형태로 형성되고, 라미네이트 외장재(120)의 단변 곡면부(126a)와 대응되는 영역은 대략 직각 형태로 형성되기 때문일 것으로 추측된다.
더욱이, 권취형 전극 조립체(110)에서 라미네이트 외장재(120)의 장변 곡면부(125a)와 대응되는 영역은 주로 활물질로 구성되어 상대적으로 딱딱하고, 권취형 전극 조립체(110)에서 라미네이트 외장재(120)의 단변 곡면부(126a)와 대응되는 영역은 주로 세퍼레이터의 끝단으로 구성되어 상대적으로 소프트하기 때문에, 상술한 바와 같은 곡률 반경 및/또는 깊이의 조건으로 라미네이트 외장재(120)가 구비될 경우, 리세스(123)의 내부에서 전극 조립체(110)의 유동이나 흔들림 현상이 효율적으로 방지되는 것으로 추측된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 중에서 장변 곡면부(125a)와 코너 곡면부(127a)의 두께를 각각 도시한 단면도이다. 여기서, 두께를 포함한 모든 특징은 상술한 도 3a 내지 도 3d에 도시된 이차 전지의 특징을 공유할 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 중에서 코너 곡면부(127a)의 두께는 장변 곡면부(125a)의 두께 및/또는 단변 곡면부(126a)의 두께보다 작을 수 있다.
일례로, 코너 곡면부(127a)의 두께가 장변 곡면부(125a)의 두께 및/또는 단변 곡면부(126a)의 두께에 비해 대략 0.8배 내지 0.9배일 수 있다. 코너 곡면부(127a)의 두께가 장변 곡면부(125a)의 두께 및/또는 단변 곡면부(126a)의 두께에 비해 대략 0.8배보다 작으면, 리세스(123)의 성형 또는 드로잉 공정 중 코너 곡면부(127a)에 연신이 상대적으로 많이 일어나서, 이 경우 코너 곡면부(127a)에서 크랙의 발생 확률이 높아진다. 또한, 코너 곡면부(127a)의 두께가 장변 곡면부(125a)의 두께 및/또는 단변 곡면부(126a)의 두께에 비해 대략 0.9배보다 크면, 리세스(123)의 성형 또는 드로잉 공정 중 코너 곡면부(127a)에 연신이 상대적으로 작게 일어나서, 이 경우 전극 조립체(110)를 수용할 수 있는 충분한 깊이의 리세스(123)가 형성되지 않을 수 있다.
실질적으로, 라미네이트 외장재(120)는, 상술한 바와 같이, 금속층(120b)을 중심으로 일면에 제1절연층(120a)이 형성되고, 타면에 제2절연층(120c)이 형성되어 있으나, 리세스(123)의 성형 또는 드로잉 공정 중 금속층(120b)이 연신된다. 물론, 제1,2절연층(120a,120c)은 금속층(120b)보다 더욱 잘 연신된다.
일례로, 한정하는 것은 아니지만, 장변 곡면부(125a) 및/또는 단변 곡면부(126a)에서 금속층(120b)은 연신 이후에도 대략 19 ㎛ 내지 대략 21 ㎛의 두께를 유지하지만, 코너 곡면부(127a)에서 금속층(120b)은 연신 이후 대략 16 ㎛ 내지 대략 18 ㎛를 유지할 수 있다. 코너 곡면부(127a)에서 금속층(120b)의 두께가 이보다 작아지면, 외부 충격 또는 성형 공정 중 크랙이 쉽게 발생할 뿐만 아니라, 경도가 약하여 외관이 손상될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 상술한 바와 같이, 특히, 코너 곡면부(127a)의 금속층(120b)의 두께가 과도하게 감소하지 않도록, 코너 곡면부(127a)의 곡률 반경이, 상술한 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 한정된다.
즉, 리세스(123)의 성형 또는 드로잉 공정 중 장변 곡면부(125a) 및/또는 단변 곡면부(126a)는 펀치 또는 프레스에 의해 대략 한 방향으로 응력이 집중되면서 형성되기 때문에, 두께의 감소율이 작거나 거의 없는 반면, 코너 곡면부(127a)는 펀치 또는 프레스에 의해 대략 두 방향으로 응력이 집중되면서 형성되기 때문에, 두께의 감소율이 상대적으로 클 수 있다.
그러나, 펀치 또는 프레스에 의해 상술한 바와 같은 곡률 반경을 갖는 장변 곡면부(125a), 단변 곡면부(126a) 및 코너 곡면부(127a)가 형성되면, 코너 곡면부(127a)에서의 응력 집중을 최소화하여 금속층(120b)의 두께 변화율(연신율)를 최소화할 수 있고, 이에 따라 코너 곡면부(127a)에서의 크랙이 감소되고 외관 품질이 개선될 수 있다.
한편, 본 발명의 다양한 실시에에서, 장변 곡면부(125a)의 폭(즉, 장변 곡면부를 가로지로는 폭)이 단변 곡면부(126a)의 폭(즉, 단변 곡면부를 가로지르는 폭)보다 클 수 있다. 물론, 이에 따라 장변 연장 영역(125)의 폭(즉, 장변 연장 영역을 가로지르는 폭)이 단변 연장 영역(126)의 폭(즉, 단변 연장 영역을 가로지로는 폭)보다 작을 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예에서, 제2외장부(122)의 장변 연장 영역(125) 및 장변 곡면부(125a)와, 이와 대응되는 전극 조립체의 대략 라운드 영역 사이의 갭 또는 스페이스가 최소화된다. 또한, 제2외장부(122)의 단변 연장 영역(126) 및 단변 곡면부(126a)와, 이와 대응되는 전극 조립체의 대략 평평한 영역 사이의 갭 또는 스페이스가 최소화된다.
더욱이, 이러한 장변 곡면부(125a) 및 단변 곡면부(126a)의 사이에 코너 곡면부(127a)가 형성되고, 또한 장변 연장부(125) 및 단변 연장부(126)의 사이에 코너 연장부(127)가 형성됨으로써, 코너 연장부(127) 및 코너 곡면부(127a)와 대응되는 전극 조립체의 영역 상의 갭 또는 스페이스가 최소화된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 본 발명에 따른 이차 전지
120; 라미네이트 외장재 122; 제2외장부
125; 장변 연장 영역 126; 단변 연장 영역
127; 코너 연장 영역 128; 평평 영역
125a; 장변 곡면부 126a; 단변 곡면부
127a; 코너 곡면부

Claims (13)

  1. 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 수용하도록, 상호간 이격된 한쌍의 장변 곡면부와, 상호간 이격된 한쌍의 단변 곡면부와, 상기 장변 곡면부와 단변 곡면부 사이에 형성된 코너 곡면부를 포함하는 라미네이트 외장재를 포함하고,
    상기 장변 곡면부의 곡률 반경이 상기 단변 곡면부의 곡률 반경보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장변 곡면부의 곡률 반경이 상기 단변 곡면부의 곡률 반경에 비해 1.1배 내지 3배인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코너 곡면부의 곡률 반경이 상기 장변 곡면부의 곡률 반경과 상기 단변 곡면부의 곡률 반경의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단변 곡면부의 깊이가 상기 장변 곡면부의 깊이보다 깊은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 코너 곡면부의 깊이가 상기 단변 곡면부의 깊이와 상기 장변 곡면부의 깊이 사이에 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 라미네이트 외장재는 평평한 제1외장부와, 상기 제1외장부에 의해 덮이며 상기 전극 조립체를 수용하도록 리세스가 형성된 제2외장부를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2외장부는 상기 제1외장부로부터 멀어지는 방향으로 연장된 연장 영역과, 상기 연장 영역에 연결되고 상기 제1외장부에 평행한 평평 영역을 포함하고,
    상기 장변 곡면부와 단변 곡면부는 상기 연장 영역과 평평 영역이 만나는 변에서 각각 형성되고,
    상기 코너 곡면부는 상기 연장 영역과 평평 영역이 만나는 코너에서 형성됨을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 코너 곡면부의 두께가 상기 장변 곡면부 또는 단변 곡면부의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 수용하도록, 상호간 이격된 한쌍의 장변 곡면부와, 상호간 이격된 한쌍의 단변 곡면부와, 상기 장변 곡면부와 단변 곡면부 사이에 형성된 코너 곡면부를 포함하는 라미네이트 외장재를 포함하고,
    상기 코너 곡면부의 두께가 상기 장변 곡면부 또는 단변 곡면부의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 코너 곡면부의 두께가 상기 장변 곡면부 또는 단변 곡면부의 두께에 비해 0.8배 내지 0.9배인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 라미네이트 외장재는 금속층을 중심으로 대향하는 양면에 절연층이 각각 형성되고,
    상기 코너 곡면부의 금속층 두께가 상기 장변 곡면부의 금속층 또는 단변 곡면부의 금속층 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 장변 곡면부의 곡률 반경이 상기 단변 곡면부의 곡률 반경보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 코너 곡면부의 곡률 반경이 상기 장변 곡면부의 곡률 반경과 상기 단변 곡면부의 곡률 반경의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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