KR20200109153A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20200109153A
KR20200109153A KR1020190028298A KR20190028298A KR20200109153A KR 20200109153 A KR20200109153 A KR 20200109153A KR 1020190028298 A KR1020190028298 A KR 1020190028298A KR 20190028298 A KR20190028298 A KR 20190028298A KR 20200109153 A KR20200109153 A KR 20200109153A
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secondary battery
electrolyte
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서정현
이용희
최주영
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

이차전지는 전극조립체, 적어도 일면에 복수의 관통홀이 형성되는 지지케이스로서, 전극조립체를 둘러싸도록 마련되는 지지케이스, 지지케이스와 전극조립체 사이에 위치하는 폼부재를 포함한다.

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능하고 가벼우면서도 에너지 밀도 및 출력 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 기존 내연 기관 자동차의 대기오염 및 온실가스 문제를 해결하기 위한 대체 방안으로 하이브리드 전기 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV), 배터리 전기 자동차(BEV), 전기 자동차(EV) 등이 제시되고 있는데, 리튬 이차 전지는 이러한 내연기관 대체 자동차의 동력원으로서도 주목받고 있다.
리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 리튬 이온 전지와 리튬 폴리머 전지로 분류되며, 전극 조립체가 수용되는 외장재의 형상에 따라 원통형, 각형 또는 파우치형으로 분류된다. 통상적으로, 이차전지에 채용되는 전극 조립체는 양극판, 분리막, 음극판을 적층하고 이를 권취한 젤리-롤 형태를 가진다.
한편, 최근에는 이러한 리튬 이차 전지의 수명을 늘이는 것에 대한 요구가 강할 뿐만 아니라, 장시간 사용에도 전지의 성능이 유지될 수 있도록 하는 기술이 요구되고 있다.
이차 전지를 장시간 사용하는 경우 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 응력이 전극조립체 내부에 축적되게 되고, 그러한 응력축적이 일정한 한계를 넘어서면 전극조립체의 영구적인 변형이 발생하게 된다. 이러한 스웰링(swelling)현상에 의해 전지의 성능이 급격히 저하되고, 내부 단락으로 인해 전지의 안전성이 위협받게 되는 문제를 초래한다.
본 발명의 일 측면은 구조를 개선한 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 측면은 내구성을 향상시킨 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 측면은 성능을 향상시킨 이차전지를 제공한다.
본 발명의 사상에 따른 이차 전지는 전극조립체; 적어도 일면에 복수의 관통홀이 형성되는 지지케이스로서, 상기 전극조립체를 둘러싸도록 마련되는 지지케이스; 상기 지지케이스와 상기 전극조립체 사이에 위치하는 폼부재;를 포함한다.
상기 폼부재는 상기 지지케이스의 상기 적어도 일면과 상기 전극조립체 사이에 배치될 수 있다.
상기 폼부재는, 전해액이 흡수된 제 1 상태; 상기 제 1 상태로부터 수축되어, 흡수된 전해액을 배출하는 제 2 상태;를 동작하도록 마련될 수 있다.
상기 폼부재는 상기 전극조립체의 팽창에 의해 가압되어 상기 제 1 상태에서 상기 제 2 상태로 동작되며, 상기 팽창된 전극조립체는 상기 폼부재가 상기 제 1 상태에서 상기 제 2 상태로 동작되면서 배출한 전해액을 흡수할 수 있다.
상기 지지케이스의 외면을 감싸도록 마련되며, 탄성변형되도록 구성되는 외장재;를 더 포함할 수 있다.
상기 외장재는 상기 제 2 상태의 상기 폼부재로부터 배출되는 전해액에 가압되어 상기 지지케이스의 외면과 사이에 전해액이 저장되는 담지공간을 형성하며, 상기 외장재는 상기 담지공간에 위치한 전해액이 상기 팽창된 전극조립체로 이동되면서 탄성복귀되도록 구성될 수 있다.
상기 폼부재는 상기 지지케이스에 대해 상기 전극조립체가 지지되도록 상기 지지케이스와 상기 전극조립체에 각각 접촉하도록 구성될 수 있다.
상기 전극조립체의 둘레면은 제 1 측면과 상기 제 1 측면보다 넓은 제 2 측면을 포함하고, 상기 폼부재는, 그 내면이 상기 제 2 측면과 접촉하며, 그 외면이 상기 지지케이스에서 상기 제 2 측면과 마주하는 케이스내면과 접촉하도록 배치될 수 있다.
상기 폼부재는 상기 내면의 넓이가 상기 전극조립체의 상기 제 2 측면의 넓이보다 작게 형성될 수 있다.
상기 지지케이스는, 상기 폼부재와 접촉하도록 그 내면에 형성되는 복수의 가압돌기로서, 상기 전극조립체와 함께 상기 폼부재를 가압하도록 구성되는 복수의 가압돌기;를 포함할 수 있다.
상기 복수의 가압돌기는, 상기 복수의 관통홀 사이사이에 배치되되, 상기 지지케이스의 내면 중심부에 배치될 수 있다.
상기 폼부재는 한 쌍이 마련되며, 상기 지지케이스는, 상기 전극조립체의 일측과, 상기 한 쌍의 폼부재 중 어느 하나의 폼부재를 덮는 제 1 케이스; 상기 전극조립체의 타측과, 상기 한 쌍의 폼부재 중 다른 하나의 폼부재를 덮으며, 상기 제 1 케이스와 분리가능하게 결합되는 제 2 케이스;를 포함할 수 있다.
상기 지지케이스는 수지와 금속 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다.
상기 복수의 관통홀은 상기 지지케이스의 상기 적어도 일면에 균일하게 배치될 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 이차전지는 제 1 측면과, 상기 제 1 측면보다 넓은 제 2 측면을 갖는 전극조립체; 상기 제 2 측면과 일정간격 이격되되, 상기 전극조립체를 둘러싸도록 마련되는 지지케이스로서, 상기 제 2 측면과 마주하며 복수의 관통홀이 형성된 케이스내면을 갖는 지지케이스; 상기 케이스내면과 상기 제 2 측면 사이에 배치되며 전해액이 흡수되는 폼부재로서, 상기 전극조립체의 팽창여부에 따라 전해액이 배출가능하게 마련되는 폼부재;를 포함한다.
상기 폼부재는 상기 전극조립체의 팽창에 의해 가압되어 수축가능하게 마련되며, 상기 폼부재의 수축으로 배출된 전해액은 상기 팽창된 전극조립체로 유동하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 구조를 개선하여, 스웰링에 의한 성능저하를 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 폼부재와 지지케이스를 통해 외부충격에 대한 완충작용을 할 수 있어서, 전극조립체의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 전해질의 저장량을 늘릴 수 있어서, 이차전지의 수명을 늘릴 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 정면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 분해사시도.
도 3, 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 상태변화에 대한 도 1의 A-A’의 단면도.
도 5, 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 상태변화에 대한 도 1의 A-A’의 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 지지케이스의 내면을 도시한 도면.
도 8, 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 상태변화에 대한 도 1의 A-A’의 단면도.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 “제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. “및/또는” 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 용어들은 FPGA (field-programmable gate array)/ ASIC (application specific integrated circuit) 등 적어도 하나의 하드웨어, 메모리에 저장된 적어도 하나의 소프트웨어 또는 프로세서에 의하여 처리되는 적어도 하나의 프로세스를 의미할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 정면도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 분해사시도이다.
이차전지(1)는 외장재(5)를 포함할 수 있다. 외장재(5)는 이차전지(1)의 외관을 형성할 수 있다. 외장재(5)의 내부에는 이후 설명하는 전극조립체(10), 지지케이스(20), 폼부재(40)가 위치할 수 있다. 외장재(5)는 실링되어, 그 내부의 전해액이 외부로 배출되지 않도록 구성될 수 있다. 외장재(5)의 재질은 한정되지 않는다. 일례로 외장재(5)는 캔 또는 파우치를 포함할 수 있다.
이차전지(1)는 전극조립체(10)를 포함할 수 있다.
전극조립체(10)는 애노드(미도시), 캐소드(미도시), 분리막(미도시)가 층으로 형성된 상태에서 형성되어 젤리-롤(jellyroll)의 형태를 가질 수 있다. 전극조립체(10)의 일측(즉, 제 1 면(11)) 또는 양측(즉, 제 1 면(11) 및 제 2 면(12))에는 애노드 단자(16) 및 캐소드 단자(18)가 마련될 수 있다.
전극조립체(10)는 애노드, 캐소드 및 분리막이 다수의 층으로 접히면서 적층되거나 권취되어 형성되므로, 애노드 단자(16) 및 캐소드 단자(18)는 분리막에 의해 감싸지지 않는 부분에만 형성이 가능하다. 예를 들어 전극 조립체가 직육면체 구조와 유사한 형태를 갖는다면, 애노드 단자(16) 및 캐소드 단자(18)는 직육면체의 제 1 면(11)에 모두 형성되거나, 제 1 면(11)과 제 1 면(11)과 대향하는 제 2 면(12)에 각각 형성될 수 있다. 전극조립체(10)의 측면은 제 1 면(11) 및 제 2 면(12)을 연결하도록 마련된다. 전극조립체(10)의 측면은 4개의 면으로 형성될 수 있다. 전극조립체(10)의 측면은 제 1 측면(13)과, 제 1 측면(13)보다 넓은 제 2 측면(14)을 포함할 수 있다. 전극조립체(10)는 직육면체의 형상으로 형성되므로, 제 1, 2 측면(13, 14)은 각각 한 쌍이 마련될 수 있다.
이차전지(1)는 지지케이스(20)를 포함할 수 있다.
지지케이스(20)는 전극조립체(10)를 둘러싸도록 마련될 수 있다. 지지케이스(20)는 적어도 일부면이 전극조립체(10)와 일정간격 이격되도록 배치될 수 있다. 지지케이스(20)는 그 내면과 외면을 관통하는 복수의 관통홀(26)을 포함할 수 있다.
지지케이스(20)는 전극조립체(10)의 측면을 감싸도록 배치될 수 있다.
지지케이스(20)는 전극조립체(10)를 그 내측에 위치시킬 수 있는 형상으로 형성될 수 있다. 지지케이스(20)는 일정강도를 갖는 수지, 금속 및 세라믹 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다. 구체적으로 수지는 폴리프로필렌 또는 폴리프로필렌에 비해 녹는점이 높은 수지일 수 있다. 이를 통해 지지케이스(20)는 그 내부에 위치한 전극조립체(10)에 대해 구조적인 안정성을 확보할 수 있게 된다. 즉, 지지케이스(20)는 이차전지(1)의 외력에 대한 강성을 향상시킬 수 있다.
지지케이스(20)는 이차전지(1)의 과충전 또는 고온 저장시 전지의 내압이 증가하여 팽창하더라도 전극조립체(10)가 일정부피이상 팽창되지 않도록 구성될 수 있다. 이로서, 과변형에 의한 전극조립체(10)의 물리적 손상을 완화할 수 있으며, 이로써 내부 쇼트(internal short)를 차단할 수 있게 된다.
또한 지지케이스(20)는 전극조립체(10)를 감싸도록 마련됨에 따라, 전극조립체(10)로부터 발생하는 열을 흡수함으로서, 전극조립체(10)가 과도하게 과열되는 것을 방지할 수 있다. 또한 지지케이스(20)는 외부에서 작용하는 열이 전극조립체(10)로 직접 전달되는 것을 방지할 수 있다.
지지케이스(20)는 제 1 케이스(21)와, 제 1 케이스(21)와 분리가능하게 결합되는 제 2 케이스(22)를 포함할 수 있다.
제 1, 2 케이스(21, 31)는 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)와, 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)의 양단에 서 분리가능하게 결합되는 복수의 결합플랜지(24, 34)를 포함할 수 있다.
제 1, 2 케이스몸체(22, 32)는 전극조립체(10)의 한 쌍의 제 2 측면(14)과 각각 마주하도록 구성될 수 있다. 즉, 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)의 내면(22a, 32a)이 각각 전극조립체(10)의 제 2 측면(14)과 마주하도록 배치될 수 있다. 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)의 내면(22a, 32a)과 전극조립체(10)의 제 2 측면(14)은 도 3과 같이 일정간격(G) 이격되게 배치될 수 있다. 앞서 설명한 복수의 관통홀(26)은 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)에 형성될 수 있다.
복수의 결합플랜지(24, 34)는 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)의 양 단부에 마련될 수 있다. 복수의 결합플랜지(24, 34)에는 각각 결합부들(28, 38, 도 3 참고)이 마련되어 제 1, 2 케이스(21, 31)가 분리가능하게 결합되도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서 제 1 케이스몸체(22)의 양단에 한 쌍의 결합플랜지(24, 도 3 참고)가 마련되고, 제 2 케이스몸체(32)의 양단에 한 쌍의 결합플랜지(34, 도 3 참고)가 마련되어, 마주하는 결합부들(28, 38, 도 3 참고)끼리 분리가능하게 결합되도록 구성된다. 그러나 이에 한정되지 않고, 결합플랜지(24, 34)는 제 1, 2 케이스(21, 31)가 분리가능하게 구성되면 이를 만족한다.
복수의 결합플랜지(24, 34)와 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)가 연결되는 그 외면은 도 2, 3의 R과 같이 일정 곡률을 갖도록 마련될 수 있다. 이러한 구성을 통해 이차전지(1)에 가해지는 외력을 분산시킬 수 있어서, 이차전지(1)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 복수의 결합플랜지(24, 34)와 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)가 연결되는 그 외면은 각진형상으로 형성될 수도 있다.
지지케이스(20)는 복수의 관통홀(26)을 포함할 수 있다.
복수의 관통홀(26)은 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)에 형성될 수 있다. 복수의 관통홀(26)은 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)의 내면과 외면을 관통하도록 구성될 수 있다. 이차전지(1) 내의 전해액은 관통홀(26)을 통해 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)의 내외부를 이동할 수 있다.
관통홀(26)은 리튬 이차전지(1) 내에 전해액이 주입될 때, 전해액을 담지할 수 있다. 이차전지(1) 내에 전해액이 주입될 때, 관통홀(26)의 넓이와, 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)의 두께가 형성하는 공간에도 전해액이 주입됨으로서, 해당 공간만큼 전해액의 주입량이 늘어날 수 있다. 지지케이스(20)의 관통홀(26)에 의한 전해액의 담지는 이차전지(1)의 전해액 주액량을 증가시키게 되어, 이차전지(1)의 장기 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
복수의 관통홀(26)들은 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)상에 균일하게 배열될 수 있다. 이를 통해 이차전지(1)내의 전해액은 복수의 관통홀(26)에 고르게 담지될 수 있다.
복수의 관통홀(26)들의 넓이는 제 1, 2 케이스몸체(22, 32) 넓이의 반 이상일 수 있다. 복수의 관통홀(26)들의 넓이는 한정되지 않으나, 제 1, 2 케이스몸체(22, 32) 넓이의 반이상으로 형성됨으로서, 복수의 관통홀(26)에 의한 전해액의 담지를 효과적으로 할 수 있다.
도 3, 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 상태변화에 대한 도 1의 A-A’의 단면도이다.
리튬 이차전지(1)는, 전극 조립체 내부의 애노드와 캐소드 사이에서 리튬 이온이 이동하기 위한 매개체 역할을 하는 전해액을 포함한다. 전해액은 염, 용매, 및 첨가제로 이루어져 있으며, 염은 리튬 이온이 지나갈 수 있는 통로 역할을 하며, 용매는 염을 용해시키기 위해 사용되는 유기 액체이다. 또한, 첨가제는 일정 목적을 위해 첨가되는 물질이다.
여기서, 리튬 이차전지(1)의 사용에 따라 전지가 충방전이 반복될수록 전해액은 점차 소모되게 된다. 나아가, 리튬 이차전지(1)가 고온에 노출되는 경우에도 전해액이 화학적 부반응에 의해 소모되어 점차 감소되게 된다. 이러한 전해액의 감소는 리튬 이차전지(1)의 수명 및 안전성에 악영향을 주게 되는 바, 리튬 이차전지(1)의 내부에 주입되는 전해액 주액량은 리튬 이차전지(1)의 신뢰성에 영향을 주게 된다. 따라서, 전해액이 리튬 이차전지(1) 내에 많이 주입될수록, 즉 전해액 주액량이 증가할수록 리튬 이차전지(1)의 장기 신뢰성은 향상된다.
이차전지(1)는 폼부재(40)를 포함할 수 있다. 폼부재(40)는 전해액을 흡수가능하도록 마련된다. 폼부재(40)가 전해액을 흡수함으로서, 이차전지(1)는 전해액 수용량을 향상시킬 수 있다. 폼부재(40)는 리튬 이차전지(1)에 주입될 수 있는 전해액 주액량을 증가시킴으로써 리튬 이차전지(1)의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 리튬 이차전지(1)의 수명을 늘일 수 있다.
폼부재(40)는 전해액을 흡수 또는 배출할 수 있도록 구성될 수 있다. 폼부재(40)는 변형가능하게 형성될 수 있다. 폼부재(40)는 스펀지와 같이, 전해액을 흡수하였다가 외력에 의해 가압되어 부피가 줄어들면 일정량의 전해액을 배출하도록 구성된다. 폼부재(40)의 재질은 한정되지 않으며, 전도성이 없는 재질이면 이를 만족한다.
폼부재(40)는 한 쌍이 마련될 수 있으며, 각각 제 1, 2 케이스(21, 31)와 전극조립체(10) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로는 폼부재(40)는 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)와 전극조립체(10)의 제 2 측면(14)사이에 위치할 수 있다. 제 1 케이스(21)는 전극조립체(10)의 일측과 한 쌍의 폼부재 중 어느 하나의 폼부재를 덮으며, 제 2 케이스(22)는 전극조립체(10)의 타측과 한 쌍의 폼부재 중 다른 하나의 폼부재를 덮되 제 1 케이스(21)와 분리가능하게 결합될 수 있다. 이를 통해 폼부재(40)와 전극조립체(10)가 지지케이스(20) 내부에 안정적으로 위치할 수 있다.
폼부재(40)의 초기상태는 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)의 내면(22a, 32a)과 제 2 측면(14)사이 간격인 일정간격(G)과 동일하거나 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 이를 통해 케이스몸체들과 전극조립체(10) 사이에 형성되는 공간보다 큰 부피의 폼부재(40)를 배치할 수 있다. 제 1, 2 케이스(21, 31)는 상호 분리가능하게 마련되므로, 폼부재(40)가 일정간격보다 두껍게 형성되더라도, 폼부재(40)가 제 1, 2 케이스(21, 31)와 전극조립체(10) 사이에 위치하도록 조립할 수 있다. 이를 통해 폼부재(40)의 전해액 흡수량을 늘릴 수 있으며, 완충효과를 향상시킬 수 있다.
폼부재(40)는 전해액이 흡수된 제 1 상태(40a)와, 제 1 상태(40a)로부터 수축되어 흡수된 전해액을 배출하는 제 2 상태(40b)를 동작할 수 있다.
폼부재(40)는 제 1 상태(40a)에서 도 3과 같이 전해액을 흡수한 상태를 유지할 수 있다. 이차전지(1)를 장시간 사용하게 되면 전극조립체(10)는 응력누적으로 인해 팽창하게 된다. 폼부재(40)는 도 4와 같이 전극조립체(10)의 스웰링에 의한 팽창이 발생하는 경우 팽창된 전극조립체(10b, 도 4 참고)에 의해 눌림으로서, 제 1 상태(40a)에서 제 2 상태(40b)로 변형되면서 흡수하고 있던 전해액을 배출할 수 있다.
폼부재(40)가 제 1 상태(40a)에서 제 2 상태(40b)로 변형되면서 배출된 전해액은 팽창된 전극조립체(10b)로 흡수될 수 있다. 즉, 전극조립체(10)는 팽창하지만, 전극조립체(10)내의 전해액은 일정하거나 줄어들게 되므로, 팽창된 전극조립체(10b)가 가진 전해액의 비중은 줄어들게 된다. 그러므로 전극조립체(10)의 팽창과 폼부재(40)의 수축변형으로 배출된 전해액은 도 4의 A와 같이 팽창된 전극조립체(10b)로 이동 및 흡수됨으로서, 전극조립체(10)의 성능의 저하를 최소화 시킬 수 있게 된다.
폼부재(40)는 그 내면과 외면이 각각 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)의 내면(22a, 32a)과 전극조립체(10)의 제 2 측면(14)에 접촉하도록 마련될 수 있다. 폼부재(40)는 제 1, 2 케이스(21, 31)와 전극조립체(10) 사이에 배치됨으로서, 전극조립체(10)를 안정적으로 이차전지(1) 내에 위치시킬 수 있다. 즉, 폼부재(40)는 전극조립체(10)가 지지케이스(20)에 대해 안정적으로 지지되도록 마련된다. 이를 통해 이차전지(1)의 외부충격이 전극조립체(10)로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 즉 폼부재(40)는 변형가능한 탄성을 가진 재질로 형성되므로, 외부충격을 흡수하는 댐퍼기능을 할 수도 있다.
폼부재(40)는 복수의 관통홀(26)이 형성된 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)의 내면(22a, 32a)과 전극조립체(10)의 제 2 측면(14)사이에 위치할 수 있다. 폼부재(40)는 복수의 관통홀(26)이 위치한 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)의 내면(22a, 32a)과 맞닿아있어서, 폼부재(40)가 전극조립체(10)의 팽창부피가 큰 경우에 그 몸체의 적어도 일부분이 복수의 관통홀(26)로 삽입될 수 있다. 즉, 복수의 관통홀(26)이 형성하는 공간은 폼부재(40)의 과도한 수축을 방지하기 위한 공간으로 기능할 수 있다.
폼부재(40)의 외면(42)은 제 1, 2 케이스몸체(22, 32)에 균일하게 형성된 복수의 관통홀(26)을 덮을 수 있다. 이러한 구성으로 폼부재(40)는 전극조립체(10)의 팽창에 의해 그 내면으로 가압되는 힘을 폼부재(40)의 전체면적으로 분산될 수 있다. 이를 통해 폼부재(40)의 수축동작이 원활하게 일어날 수 있고, 폼부재(40)가 전체면적에 대해 균일하게 가압될 수 있다. 또한 폼부재(40)가 흡수한 전해액이 전면적에 대해 균일하게 배출될 수 있다.
폼부재(40)가 제 1 상태(40a)에서 제 2 상태(40b)로 수축된 부피는, 전극조립체(10)가 팽창되면서(10b) 늘어난 부피와 동일할 수 있다. 즉, 폼부재(40)는 탄성변형가능하게 구성되므로, 팽창된 전극조립체(10b)가 팽창된 만큼 수축될 수 있다. 이를 통해 전극조립체(10)의 팽창으로 인한 부하가 그 외측에 위치한 지지케이스(20)로 전달되지 않도록 할 수 있다.
폼부재(40)는 그 내면의 넓이가 전극조립체(10)의 제 2 측면(14)의 넓이보다 작게 마련될 수 있다. 이러한 구성을 통해 외장재(5)의 형성 및 실링에 있어서, 폼부재(40)에 의해 간섭되어, 실링불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그러나 폼부재(40)의 넓이는 한정되지 않는다.
그 일례로, 폼부재(40)의 넓이는 전극조립체(10)의 제 2 측면(14)의 넓이보다 크고, 케이스몸체들(22, 32)의 내면(22a, 32a)보다 작도록 구성될 수 있다. 이를 통해 폼부재(40)는 지지케이스(20)에 대해 전극조립체(10)를 더욱 안정적으로 지지할 수 있으며, 더 많은 양의 전해액을 담지할 수 있다.
도 3, 4를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(1)의 동작에 대해서 설명한다.
도 3과 같이 폼부재(40)는 제 1 상태(40a)에서 일정양의 전해액을 흡수하도록 마련된다. 이후 도 4와 같이 전극조립체(10)는 팽창되면서 폼부재(40)를 가압하게 된다. 폼부재(40)는 팽창된 전극조립체(10b)에 의해 가압되어, 제 2 상태(40b)로 동작하며 흡수한 전해액을 배출하고, 배출된 전해액은 도 4의 A와 같이 팽창된 전극조립체(10b)로 흡수된다.
도 5, 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 상태변화에 대한 도 1의 A-A’의 단면도이다.
외장재(5)는 탄성변형가능하게 마련될 수 있다. 외장재(5)는 영구변형이 발생하지 않는 범위내에서 폼부재(40)로부터의 전해액에 의해 가압되어 탄성변형될 수 있다. 외장재(5)는 탄성변형되어 지지케이스(20)와 사이에 담지공간(7)을 형성할 수 있다.
전극조립체(10)의 팽창이 빠르게 이루어지는 경우, 팽창되는 전극조립체(10)로의 전해액의 흡수속도가 전극조립체(10)의 팽창속도에 비해 적을 수 있다. 이러한 경우 폼부재(40)가 제 2 상태(40b)로 가압되면서 배출된 전해액은 지지케이스(20)의 관통홀(26)을 통해 이동하여 외장재(5)를 가압하게 된다. 외장재(5)는 제 2 상태(40b)의 폼부재(40)로부터 배출되는 전해액에 가압되어, 지지케이스(20)의 외면과 사이에 전해액이 저장되는 담지공간(7)을 형성할 수 있다. 폼부재(40)로부터 배출되는 전해액 중 일부는 도 5의 B1과 같이 팽창된 전극조립체(10b)로 흡수되며, 팽창된 전극조립체(10b)로 흡수되지 않은 일부는 도 5의 B2와 같이 외장재(5)가 형성하는 담지공간(7)으로 이동할 수 있다.
담지공간(7)의 전해액은 시간이 지남에 따라 도 6의 B3와 같이 이동하여 팽창된 전극조립체(10b)로 흡수될 수 있다. 이 과정에서 외장재(5)는 탄성복귀력에 의해 원상태로 동작할 수 있다. 즉, 이후 팽창된 전극조립체(10b)에서 지속적인 전해액의 흡수가 이루어지면서 담지공간(7)에 위치한 전해액은 지지케이스(20)의 관통홀(26)을 지나 B3와 같이 팽창된 전극조립체(10b)로 이동되면서, 외장재(5)는 탄성복귀하게 된다. 탄성복귀된 외장재(5)는 지지케이스(20)의 외면과 접촉하여 초기상태로 위치할 수 있다.
이하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지에 관하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 지지케이스의 내면을 도시한 도면, 도 8, 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 상태변화에 대한 도 1의 A-A’의 단면도이다.
지지케이스(20)는 적어도 하나의 가압돌기(27, 37)을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 가압돌기(27, 37)는 지지케이스(20)의 내면(22a, 32a)으로부터 돌출되도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 가압돌기(27, 37)는 지지케이스(20)의 내면(22a, 32a)에서 폼부재(40)와 접촉하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 가압돌기(27, 37)는 도 9에서와 같이 팽창하는 전극조립체(10b)와 함께 폼부재(40)를 가압하도록 마련될 수 있다.
적어도 하나의 가압돌기(27, 37)는 폼부재(40)의 외면(42)을 가압 또는 지지하도록 구성되어, 전극조립체(10)가 팽창으로 인해 폼부재(40)의 내면(41)을 가압시에 폼부재(40)에서 전해액 배출이 효과적으로 이루어질 수 있다. 즉 가압돌기(27, 37)는 폼부재(40)가 제 1 상태(40a)에서 제 2 상태(40b)로 동작하는 과정에서, 전해액 배출을 원활하게 할 수 있다.
가압돌기(27, 37)는 복수개가 마련되어, 복수의 관통홀 사이사이에 위치할 수 있다. 본 실시예에서 복수의 가압돌기(27, 37)는 복수의 관통홀 중 지지케이스의 내면의 중심부에 배치되도록 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 복수의 가압돌기(27, 37)는 지지케이스의 내면에 전체적으로 균일하게 배치될 수 있으며, 그 배치 및 개수는 한정되지 않는다.
가압돌기(27, 37)는 그 외면이 적어도 일부가 곡면을 포함하도록 구성될 수 있다. 구체적으로는 가압돌기(27, 37)의 단부는 곡면으로 형성될 수 있다. 이러한 구성을 통해 전극조립체(10)가 과도하게 팽창하는 경우에도 전극조립체(10)가 가압돌기(27, 37)와 접촉하여 파손되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
1 : 이차전지 10 : 전극조립체
11 : 제 1 면 12 : 제 2 면
13 : 제 1 측면 14 : 제 2 측면
16 : 애노드 단자 18 : 캐소드 단자
20 : 지지케이스 21, 31 : 제 1, 2 케이스몸체
24, 34 : 결합플랜지 26 : 관통홀
40 : 폼부재 40a : 제 1 상태
40b : 제 2 상태

Claims (16)

  1. 전극조립체;
    적어도 일면에 복수의 관통홀이 형성되는 지지케이스로서, 상기 전극조립체를 둘러싸도록 마련되는 지지케이스;
    상기 지지케이스와 상기 전극조립체 사이에 위치하는 폼부재;를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폼부재는 상기 지지케이스의 상기 적어도 일면과 상기 전극조립체 사이에 배치되는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 폼부재는,
    전해액이 흡수된 제 1 상태;
    상기 제 1 상태로부터 수축되어, 흡수된 전해액을 배출하는 제 2 상태;를 동작하도록 마련되는 이차 전지.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 폼부재는 상기 전극조립체의 팽창에 의해 가압되어 상기 제 1 상태에서 상기 제 2 상태로 동작되며,
    상기 팽창된 전극조립체는 상기 폼부재가 상기 제 1 상태에서 상기 제 2 상태로 동작되면서 배출한 전해액을 흡수하는 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 지지케이스의 외면을 감싸도록 마련되며, 탄성변형되도록 구성되는 외장재;를 더 포함하는 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 외장재는 상기 제 2 상태의 상기 폼부재로부터 배출되는 전해액에 가압되어 상기 지지케이스의 외면과 사이에 전해액이 저장되는 담지공간을 형성하며, 상기 외장재는 상기 담지공간에 위치한 전해액이 상기 팽창된 전극조립체로 이동되면서 탄성복귀되도록 구성되는 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 폼부재는 상기 지지케이스에 대해 상기 전극조립체가 지지되도록 상기 지지케이스와 상기 전극조립체에 각각 접촉하도록 구성되는 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체의 둘레면은 제 1 측면과 상기 제 1 측면보다 넓은 제 2 측면을 포함하고,
    상기 폼부재는, 그 내면이 상기 제 2 측면과 접촉하며, 그 외면이 상기 지지케이스에서 상기 제 2 측면과 마주하는 케이스내면과 접촉하도록 배치되는 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 폼부재는 상기 내면의 넓이가 상기 전극조립체의 상기 제 2 측면의 넓이보다 작게 형성되는 이차 전지.
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 지지케이스는,
    상기 폼부재와 접촉하도록 그 내면에 형성되는 복수의 가압돌기로서, 상기 전극조립체와 함께 상기 폼부재를 가압하도록 구성되는 복수의 가압돌기;를 포함하는 이차 전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 가압돌기는,
    상기 복수의 관통홀 사이사이에 배치되되, 상기 지지케이스의 내면 중심부에 배치되는 이차 전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 폼부재는 한 쌍이 마련되며,
    상기 지지케이스는, 상기 전극조립체의 일측과, 상기 한 쌍의 폼부재 중 어느 하나의 폼부재를 덮는 제 1 케이스;
    상기 전극조립체의 타측과, 상기 한 쌍의 폼부재 중 다른 하나의 폼부재를 덮으며, 상기 제 1 케이스와 분리가능하게 결합되는 제 2 케이스;를 포함하는 이차 전지.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 지지케이스는 수지와 금속 중 적어도 하나의 재질을 포함하는 이차 전지.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 관통홀은 상기 지지케이스의 상기 적어도 일면에 균일하게 배치되는 이차 전지.
  15. 제 1 측면과, 상기 제 1 측면보다 넓은 제 2 측면을 갖는 전극조립체;
    상기 제 2 측면과 일정간격 이격되되, 상기 전극조립체를 둘러싸도록 마련되는 지지케이스로서, 상기 제 2 측면과 마주하며 복수의 관통홀이 형성된 케이스내면을 갖는 지지케이스;
    상기 케이스내면과 상기 제 2 측면 사이에 배치되며 전해액이 흡수되는 폼부재로서, 상기 전극조립체의 팽창여부에 따라 전해액이 배출가능하게 마련되는 폼부재;를 포함하는 이차전지.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 폼부재는 상기 전극조립체의 팽창에 의해 가압되어 수축가능하게 마련되며, 상기 폼부재의 수축으로 배출된 전해액은 상기 팽창된 전극조립체로 유동하도록 구성되는 이차 전지.
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