KR20180026047A - 이차전지 - Google Patents

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KR20180026047A
KR20180026047A KR1020160112932A KR20160112932A KR20180026047A KR 20180026047 A KR20180026047 A KR 20180026047A KR 1020160112932 A KR1020160112932 A KR 1020160112932A KR 20160112932 A KR20160112932 A KR 20160112932A KR 20180026047 A KR20180026047 A KR 20180026047A
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 젤리-롤형 전극 조립체; 및 상기 젤리-롤형 전극 조립체의 중앙에 삽입되는 센터 핀을 포함하며, 상기 센터 핀은 합성수지로 형성된 내측 몸체, 및 상기 내측 몸체의 표면에 형성되고 상기 내측 몸체 보다 강도가 낮으며 연성이 더 큰 합성수지로 형성된 외측 몸체로 구비된다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 특히 전극조립체의 코어 변형을 방지한 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차 전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
한편, 이차전지는 케이스의 형태에 따라 원통형 이차전지, 각형 이차전지 및 파우치형 이차전지로 분리할 수 있다.
특허등록번호 제10-0958649호
원통형 이차전지는 원통 형태의 전극조립체, 상기 전극조립체와 전해액을 수용하는 원통 형태의 캔과, 상기 캔의 개구부에 결합되는 캡조립체를 포함하며, 상기 원통 형태의 전극조립체는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층되고 젤리 롤형으로 와인딩되어 형성된다.
그리고 상기 전극조립체의 코어에는 센터핀이 삽입되며, 상기 센터핀은 금속재로 마련되면서 상기 전극조립체의 변형을 방지한다.
그러나 상기한 금속재인 센터핀은 이차전지에 가해진 충격력에 의해 접히거나 또는 납작하게 변형되는 문제점이 있었으며, 특히 변형된 센터핀에 의해 전극조립체의 코어에 와인딩된 전극이 변형되면서 쇼트가 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 합성수지로 센터핀을 형성하여 이차전지에 가해진 충격력에 의해 접히거나 또는 납작하게 변형되는 것을 방지하며, 특히 전극조립체의 코어에 위치한 전극의 변형 및 쇼트발생을 방지한 이차전지를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 젤리-롤형 전극 조립체; 및 상기 젤리-롤형 전극 조립체의 중앙에 삽입되는 센터 핀을 포함하며, 상기 센터 핀은 합성수지로 형성된 내측 몸체, 및 상기 내측 몸체의 표면에 형성되고 상기 내측 몸체 보다 강도가 낮으며 연성이 더 큰 합성수지로 형성된 외측 몸체로 구비될 수 있다.
상기 외측 몸체는 신축성을 가지는 소재로 형성될 수 있다.
상기 외측 몸체는 서로 다른 재질을 가지는 이중의 코팅구조를 포함할 수 있다.
상기 외측 몸체는 상기 내측 몸체의 표면에 형성되고 상기 내측 몸체 보다 연성이 크고 강도가 낮으며 신축성을 가진 합성수지로 형성된 제1 코팅층과, 상기 제1 코팅층 보다 연성이 크고 강도가 낮으며 신축성을 가진 합성수지로 형성된 제2 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 외측 몸체는 상기 내측 몸체의 표면 중 중앙에 형성되고 상기 내측 몸체 보다 연성이 크고 강도가 낮으며 신축성을 가진 합성수지로 형성된 제1 코팅층과, 상기 제1 코팅층의 양쪽 단부가 위치한 상기 내측 몸체의 표면 양쪽 단부에 각각 형성되고 상기 제1 코팅층 보다 강도가 낮으며 신축성을 가진 합성수지로 형성된 제2 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 외측 몸체는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 내측 몸체는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 외측 몸체는 상기 내측 몸체 보다 더 작은 질량을 가지거나 또는 더 작은 부피를 가질 수 있다.
상기 외측 몸체의 비중은 상기 센터 핀의 전체 비중에서 50%를 넘지 않을 수 있다.
상기 센터 핀은 이중 사출 방식으로 상기 내측 몸체와 상기 외측 몸체를 일체로 형성할 수 있다.
상기 외측 몸체는 상기 내측 몸체의 표면에 코팅되면서 형성될 수 있다.
상기 외측 몸체는 상기 내측 몸체의 표면에 접착제로 접착되면서 형성될 수 있다.
상기 센터 핀은 중공형 구조로 형성될 수 있다.
본 발명은 하기와 같은 효과가 있다.
첫째: 본 발명은 내측 몸체와 외측 몸체를 가지는 센터 핀을 합성수지로 형성하며, 이에 이차전지에 가해진 충격력에 의해 센터 핀이 접히거나 또는 납작하게 변형되는 것을 방지하며, 특히 전극조립체의 코어에 위치한 전극의 변형 및 쇼트 발생을 방지할 수 있다.
둘째: 본 발명은 외측 몸체를 내측 몸체 보다 강도가 낮으며 연성이 더 큰 합성수지로 형성하며, 이에 센터 핀이 접히거나 또는 납작하게 변형되는 것을 현저히 방지할 수 있고, 특히 센터 핀에 밀착되는 전극 또는 분리막의 훼손을 방지할 수 있다.
셋째: 본 발명은 신축성을 가지는 소재로 외측 몸체를 형성하며, 이에 센터 핀에 접하는 전극 또는 분리막의 훼손을 현저히 방지하고, 특히 센터 핀이 접히면서 형성되는 엣지 부분를 보호하여 외부 노출을 방지할 수 있다.
넷째: 본 발명은 외측 몸체를 내측 몸체 보다 더 작은 질량 또는 더 작은 부피를 가지며, 이에 내측 몸체를 보다 효과적으로 보호하고, 특히 비용을 절감할 수 있다.
다섯째: 본 발명은 외측 몸체와 내측 몸체를 이중 사출, 코팅 및 접착제 중 어느 하나의 방법으로 형성하며, 이에 다양한 방법으로 센터 핀을 얻을 수 있다.
여섯째: 본 발명은 서로 다른 재질을 가지는 이중의 코팅구조, 즉 서로 다른 재질의 제1 코팅층과 제2 코팅층으로 외측 몸체를 형성하며, 이에 외측 몸체의 연성, 신축성을 높일 수 있고, 특히 내측 몸체를 보다 효과적으로 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 센터핀을 도시한 측단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 센터핀을 도시한 평단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센터핀의 다른 실시예를 도시한 측단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 일 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 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 젤리-롤형 전극조립체(10), 전극조립체(10)가 수용되는 캔(20), 캔(20)의 개구부에 실장되는 캡 조립체(30)를 포함하며, 젤리-롤형 전극조립체(10)는 제1 전극(11), 제2 전극(12), 제1 및 제2 전극(11)(12) 사이에 개재되는 분리막(13)이 교대로 적층되고, 젤리-롤 형태로 와인딩되는 구조를 가진다. 여기서 복수의 전극은 양극과 음극일 수 있다,
한편, 이차전지는 외부 충격시 캔(20)을 통해 전달되는 충격력에 의해 전극조립체(30)의 형태가 변형되면서 양극과 음극 간의 쇼트로 발화가 발생하는 문제점이 있었으며, 이를 방지하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체(10)의 코어에 센터 핀(100)을 삽입하여 전극조립체(30)의 변형을 방지한다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 합성수지 소재로 센터 핀(100)을 형성하여 접히거나 또는 납작하게 변형되는 것을 방지한다. 특히 센터 핀(100)은 서로 다른 강도와 연성을 가진 내측 몸체(110)와 외측 몸체(120)로 형성하며, 이에 센터 핀(100)이 접히거나 또는 납작하게 변형되더라도 엣지 부분의 외부 노출을 방지하여 전극 훼손으로 인한 쇼트를 방지할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 센터 핀(100)은 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 합성수지로 형성된 내측 몸체(110), 및 내측 몸체(110)의 표면에 형성되고 내측 몸체(110) 보다 강도가 낮고 더 큰 연성을 가진 합성수지로 형성된 외측 몸체(120)로 형성된다.
이와 같은 구성을 가진 센터 핀(100)은 내측 몸체(110)의 큰 강도를 통해 전극조립체(10)의 변형을 방지하고, 외측 몸체(120)의 큰 연성을 통해 내측 몸체(110)의 변형시 발생하는 엣지 부분을 보호하여 외부 노출을 방지한다. 특히 합성수지로 형성된 센터 핀(100)은 비전도성으로 서로 다른 전극 간의 쇼트 발생을 방지한다.
한편, 외측 몸체(120)는 신축성을 가지는 소재로 형성된다. 즉, 내측 몸체(110)가 변형, 절곡 및 절단되면서 엣지 부분이 형성될 경우 상기 엣지 부분을 따라 신축되면서 상기 엣지 부분을 보호하여 외부 노출을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 외측 몸체(120)는 서로 다른 재질을 가지는 이중의 코팅구조를 포함할 수 있다. 즉 서로 다른 재질의 이중 구조로 외측 몸체(120)를 형성하여 변형, 절곡 및 절단되는 내측 몸체(110)를 보다 효과적으로 보호할 수 있다.
첫번째 실시예로, 도 2 및 도 3을 참조하면, 센터 핀(100)의 외측 몸체(120)는 내측 몸체(110)의 표면에 형성되고 내측 몸체(110) 보다 더 큰 연성과 신축성, 낮은 강도를 가진 합성수지로 형성되는 제1 코팅층(121)과, 제1 코팅층(121) 보다 더 큰 연성과 신축성, 낮은 강도를 가진 합성수지로 형성되는 제2 코팅층(122)을 포함한다.
즉, 외측 몸체(120)는 변형, 절곡 및 절단되는 내측 몸체(110)의 엣지 부분을 된 제1 코팅층(121)로 1차로 보호하고, 다시 제1 코팅부(121) 보다 큰 연성과 신축성을 가진 제2 코팅층(122)로 2차로 보호할 수 있다. 특히 제2 코팅층(122)는 전극조립체(10)의 권심에 위치한 전극 또는 분리막과 밀착되는 부분으로, 큰 연성과 큰 신축성을 통해 전극 또는 분리막의 훼손을 방지할 수 있다.
두 번째 실시예로, 도 4를 참조하면, 센터 핀(100')의 외측 몸체(120')는 내측 몸체(110)의 표면 중앙에 형성되고 내측 몸체(110) 보다 더 큰 연성과 신축성, 낮은 강도를 가진 합성수지로 형성되는 제1 코팅층(121')과, 내측 몸체(110)의 표면 중 양쪽 단부에 각각 형성되고 제1 코팅층(121') 보다 큰 연성과 신축성, 낮은 강도를 가진 합성수지로 형성되는 제2 코팅층(122')을 포함한다.
즉, 외측 몸체(120')는 내측 몸체(110)의 변형 발생이 큰 표면 중앙에 제1 코팅층(121')를 형성하여 내측 몸체(110)의 변형에 의해 형성되는 엣지 부분을 보호하고, 내측 몸체(110)의 변형 발생이 작은 표면 양쪽 단부에 제2 코팅층(121')을 형성하여 내측 몸체(110)의 변형을 보호한다. 다시 말해 내측 몸체(110)의 변형률에 맞게 제1 및 제2 코팅층(121')(122')을 형성하여 내측 몸체(110)를 효과적으로 보호할 수 있다.
한편, 내측 몸체(110)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF) 중 어느 하나의 소재 또는 둘 이상의 소재를 조합에 의해 형성될 수 있다. 즉, 강도, 연성 및 신축성에 따라 상기 소재 중 선택하여 사용할 수 있다.
한편, 외측 몸체(120)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF) 중 어느 하나의 소재 또는 둘 이상의 소재를 조합에 의해 형성될 수 있다. 즉, 강도, 연성 및 신축성에 따라 상기 소재 중 선택하여 사용할 수 있다.
한편, 외측 몸체(120)는 내측 몸체(110) 보다 더 작은 질량을 가지거나 또는 더 작은 부피를 가질 수 있다. 즉, 외측 몸체(120)는 내측 몸체(110)의 표면을 보호하는 역할을 하는 것으로, 이에 외측 몸체(120)를 내측 몸체(110) 보다 질량 또는 부피를 크게 형성할 필요가 없으며, 이에 제작의 용이성과 비용을 절감할 수 있다.
한편, 외측 몸체(120)의 비중은 센터 핀(100)의 전체 비중에서 50%를 넘지 않게 형성한다. 즉, 내측 몸체(110)의 비중 보다 외측 몸체(120)의 비중이 커지지 않게 형성하며, 이에 센터 핀(100)의 강도 약화를 방지한다.
한편, 센터 핀(100)은 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
첫째: 센터 핀(100)은 이중 사출 방식으로 형성될 수 있다. 즉, 내측 몸체(110)를 먼저 제조한 후, 제조한 내측 몸체(110)을 금형에 삽입한 상태로 상기 금형에 내측 몸체(110) 보다 작은 강도와 높은 연성 및 신축성을 가진 합성수지를 주입하여 외측 몸체(120)를 제조한다. 그러면 내측 몸체(110)와 외측 몸체(120)가 일체화된 센터 핀(100)을 형성할 수 있다.
한편, 외측 몸체(120)가 이중 구조를 가질 경우 제조된 내측 몸체(110)를 제1 금형에 삽입한 상태로 내측 몸체(110) 보다 작은 강도와 큰 연성 및 신축성을 가진 합성수지를 주입하여 제1 코팅층(121)을 제조하고, 다시 제1 코팅층(121) 보다 작은 강도와 큰 연성 및 신축성을 가진 합성수지를 주입하여 제2 코팅층(122)을 제조하여 외측 몸체(120)를 제조한다. 그러면 2중 구조의 외측 몸체를 가진 센터 핀(100)을 형성할 수 있다.
둘째: 코팅 방식으로 센터 핀을 형성할 수 있다. 즉, 내측 몸체(110)의 표면에 액체화된 합성수지를 분사 또는 도포하면서 코팅하며, 이에 내측 몸체(110)의 표면에 외측 몸체(120)가 코팅된 센터 핀(100)을 형성할 수 있다.
셋째: 접착 방식으로 센터 핀을 형성할 수 있다. 즉, 내측 몸체(110)의 표면에 외측 몸체(120)를 접착제로 접착하여 센터 핀(100)을 형성할 수 있다.
넷째: 센터 핀은 중공형 구조로 형성될 수 있다, 즉, 센터 핀(100)은 상하방향으로 관통된 중공형 구조로 형성되며, 이에 중량 및 재료를 크게 감소시킬 수 있다.
이와 같은 구성을 가진 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 합성수지로 센터 핀(100)을 형성하며, 특히 센터 핀(100)은 서로 다른 강도, 연성 및 신축성을 가진 내측 몸체(110)와 외측 몸체(120)로 형성함으로써 센터 핀(100)의 변형률을 현저히 감소시킬 수 있으며, 만약에 센터 핀(100)이 변형되더라도 선터 핀(100)에 의한 전극조립체(10)의 훼손 및 쇼트를 방지할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 전극조립체
20: 캔
30: 캡 조립체
100: 센터 핀
110: 내측 몸체
120: 외측 몸체
121: 제1 코팅층
122: 제2 코팅층

Claims (13)

  1. 젤리-롤형 전극 조립체; 및
    상기 젤리-롤형 전극 조립체의 중앙에 삽입되는 센터 핀을 포함하며,
    상기 센터 핀은 합성수지로 형성된 내측 몸체, 및 상기 내측 몸체의 표면에 형성되고 상기 내측 몸체 보다 강도가 낮으며 연성이 더 큰 합성수지로 형성된 외측 몸체로 구비되는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측 몸체는 신축성을 가지는 소재로 형성되는 이차전지.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 외측 몸체는 서로 다른 재질을 가지는 이중의 코팅구조를 포함하는 이차전지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 외측 몸체는 상기 내측 몸체의 표면에 형성되고 상기 내측 몸체 보다 연성이 크고 강도가 낮으며 신축성을 가진 합성수지로 형성된 제1 코팅층과,
    상기 제1 코팅층 보다 연성이 크고 강도가 낮으며 신축성을 가진 합성수지로 형성된 제2 코팅층을 포함하는 이차전지.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 외측 몸체는 상기 내측 몸체의 표면 중 중앙에 형성되고 상기 내측 몸체 보다 연성이 크고 강도가 낮으며 신축성을 가진 합성수지로 형성된 제1 코팅층과,
    상기 제1 코팅층의 양쪽 단부가 위치한 상기 내측 몸체의 표면 양쪽 단부에 각각 형성되고 상기 제1 코팅층 보다 강도가 낮으며 신축성을 가진 합성수지로 형성된 제2 코팅층을 포함하는 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측 몸체는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF) 중 어느 하나로 형성되는 이차전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 몸체는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF) 중 어느 하나로 형성되는 이차전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측 몸체는 상기 내측 몸체 보다 더 작은 질량을 가지거나 또는 더 작은 부피를 가지는 이차전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측 몸체의 비중은 상기 센터 핀의 전체 비중에서 50%를 넘지 않는 이차전지.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 센터 핀은 이중 사출 방식으로 상기 내측 몸체와 상기 외측 몸체를 일체로 형성하는 이차전지.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측 몸체는 상기 내측 몸체의 표면에 코팅되면서 형성되는 이차전지.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측 몸체는 상기 내측 몸체의 표면에 접착제로 접착되면서 형성되는 이차전지.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 센터 핀은 중공형 구조로 형성되는 이차전지.
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