KR20210147563A - 이차 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전해액에 함침되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 상기 전해액을 수납하는 전지 케이스; 상기 전지 케이스와 결합되는 캡 조립체; 및 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 위치하는 가스켓을 포함한다. 상기 가스켓은 내측에 형성된 만입부를 포함하고, 상기 만입부는 상기 캡 조립체와 마주하면서 상기 캡 조립체와 이격된다.

Description

이차 전지 및 이의 제조 방법{SECONDARY BATTERY AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 활성화 공정에서 발생한 가스의 배출이 가능한 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 그 구동 전원으로 사용되는 이차 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다.
전지 케이스에 내장되는 상기 전극 조립체는 양극, 분리막, 음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 젤리롤형, 스택형 및 스택/폴딩형으로 분류된다. 젤리롤형은 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 형태이고, 스택형은 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 형태이며, 스택/폴딩형은 젤리-롤형과 스택형의 복합 구조이다. 그 중 젤리롤형 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지, 전극 조립체가 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 각형 전지 및 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.
한편, 이차 전지에는 예를 들어 니켈 카드뮴전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연전지, 리튬 이차 전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래의 원통형 이차 전지의 상부에 대한 부분 단면도이다.
도 1을 참고하면, 젤리롤형 전극 조립체(50)가 원통형 케이스(20)에 수납되고, 원통형 케이스(20)의 개방된 상부에 캡 조립체(30)가 장착되어 원통형 이차 전지(10)가 제조될 수 있다. 구체적으로, 캡 조립체(30)와 원통형 케이스(20) 사이에 가스켓(Gasket, 40)을 위치시킨 다음, 캡 조립체(30)와 원통형 케이스(20)를 크림핑(Crimping) 결합하여 원통형 이차 전지(10)를 제조할 수 있다.
캡 조립체(30)는 상단 캡(31) 및 내부 압력 강하용 안전 벤트(32)를 포함하고, 상단 캡(31)과 내부 압력 강하용 안전 벤트(32)는 상호 밀착된 구조를 형성할 수 있다.
안전 벤트(32)는 전류 차단 부재(60, Current Interrupt Device, CID)를 통해 전극 조립체(50)와 전기적으로 연결될 수 있다. 전류 차단 부재(60)의 가장자리를 CID 가스켓(70)이 감쌀 수 있다.
일반적으로 리튬 이차전지는 제조 과정에서 화성(formation) 공정, 즉 활성화 공정을 수행한다. 상기 활성화 공정은 전지 조립 후 충전과 방전을 수행하여 전지를 활성화하는 공정으로서, 충전시 양극으로부터 나온 리튬 이온이 음극으로 이동하여 삽입되며 이 때 음극 표면에서 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface: SEI) 막이 형성된다. 이러한 활성화 공정은 일반적으로 일정 범위의 정전류 또는 정전압으로 충방전을 반복하는 것으로 진행된다.
이러한 활성화 공정에서, 전극 피막 형성이나 셀 내부 수분의 분해로 인해 다량의 가스가 발생하는데, 활성화 공정에서 발생한 가스는 양도 많고 전극 피막과 지속적으로 반응하기 때문에 이를 배출시켜주는 공정이 필요하다. 이를 탈기(degas) 공정이라고 한다.
그러나, 도 1을 다시 참고하면, 종래의 원통형 이차 전지(10)는 전해액 주입 후 밀폐를 유지해야 하기에 활성화 공정에서 발생한 가스를 배출하기 용이하지 않다. 때문에 내압이 쉽게 증가하고, 전지 성능이 저하하게 된다.
이에, 활성화 공정에서 발생한 가스의 배출이 가능한 원통형 이차 전지에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 활성화 공정에서 발생한 가스의 배출이 가능한 이차 전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전해액에 함침되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 상기 전해액을 수납하는 전지 케이스; 상기 전지 케이스와 결합되는 캡 조립체; 및 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 위치하는 가스켓을 포함한다. 상기 가스켓은 내측에 형성된 만입부를 포함하고, 상기 만입부는 상기 캡 조립체와 마주하면서 상기 캡 조립체와 이격된다.
상기 가스켓은, 상기 만입부의 일 단부에 위치한 채 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이를 밀폐하는 밀봉부를 포함할 수 있다.
상기 밀봉부는 상기 캡 조립체와 접할 수 있다.
상기 밀봉부가 상기 캡 조립체와 접하는 면에 요철부가 형성될 수 있다.
상기 만입부는 높이 방향을 따라 일직선, 비스듬히 또는 지그재그로 이어질 수 있다.
상기 만입부는 일 단부에서 타 단부로 갈수록 폭이 넓어질 수 있다.
상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체가, 상기 가스켓을 사이에 두고, 크림핑 결합되어, 상기 전지 케이스에 크림핑부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은, 전지 케이스의 내부에 전극 조립체를 수납하는 단계; 상기 전극 조립체에 전해액을 주입하는 단계; 상기 전극 조립체 위에 캡 조립체 및 가스켓를 위치시키는 단계; 및 상기 전극 조립체에 대해 충, 방전을 실시하여 상기 전극 조립체를 활성화하는 단계를 포함한다. 상기 가스켓은 내측에 형성된 만입부를 포함하고, 상기 만입부는 상기 캡 조립체와 마주하면서 상기 캡 조립체와 이격되며, 상기 전극 조립체를 활성화하는 단계에서, 발생된 가스가 상기 만입부를 따라 외부로 배출된다.
상기 가스켓은, 상기 만입부의 일 단부에 위치한 채 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이를 밀폐하는 밀봉부를 포함할 수 있다.
상기 이차 전지의 제조 방법은 상기 가스켓을 사이에 두고, 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체를 크림핑 결합하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 크림핑 결합하는 단계에서, 상기 밀봉부가 상기 캡 조립체와 접할 수 있다.
상기 밀봉부가 상기 캡 조립체와 접하는 면에 요철부가 형성될 수 있다.
상기 이차 전지의 제조 방법은 상기 캡 조립체 위에 보조 링을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 보조 링은, 상기 밀봉부와 접촉하여, 상기 만입부가 형성하는 경로를 차단할 수 있다.
상기 보조 링을 배치하는 단계는 상기 전극 조립체를 활성화하는 단계 이전에 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 만입부가 형성된 가스켓을 이용해 활성화 공정에서 발생한 가스를 용이하게 배출할 수 있어, 이차 전지의 내압 증가 및 성능 저하를 방지할 수 있다. 아울러, 가스로 인한 전극 조립체의 팽창, 변형 등의 문제나 잔류 가스 기포로 인한 리튬 석출 유발의 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 원통형 이차 전지의 상부에 대한 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에 대한 사시도이다.
도 3은 도 2의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 부분 단면도이다.
도 4는 도 3의 “B”부분을 확대하여 나타낸 부분 단면도이다.
도 5는 도 3의 이차 전지에 포함된 가스켓을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 변형된 실시예에 따라 요철 구조가 형성된 가스켓을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 변형된 실시예들에 따른 가스켓들을 나타낸 사시도이다.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 링을 배치하는 단계를 설명하기 위한 부분 단면도이고, 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 링에 대한 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에 대한 사시도이고, 도 3은 도 2의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 부분 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예예 따른 이차 전지(100)는, 전해액에 함침되는 전극 조립체(500), 전극 조립체(500)와 상기 전해액을 수납하는 전지 케이스(200), 전지 케이스(200)와 결합되는 캡 조립체(300) 및 전지 케이스(200)와 캡 조립체(300) 사이에 위치하는 가스켓(400)을 포함한다.
먼저, 전극 조립체(500)는 양극(510) 및 음극(520) 사이에 분리막(530)을 개재하고 권취한 젤리롤 형태의 구조로, 그 중심부에 센터 핀(미도시)이 삽입될 수 있다. 센터 핀은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 중공형의 원통형 구조로 이루어져 있다. 이러한 센터 핀은 전극 조립체(500)를 고정 및 지지하는 작용과 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용할 수 있다. 특히, 후술하는 활성화 공정에서 발생한 가스가 이동할 수 있다.
캡 조립체(300)는 상단 캡(310)과 안전 벤트(320)를 포함하고, 이러한 상단 캡(310)은 안전 벤트(320) 상에 위치하며, 안전 벤트(320)와 상호 밀착된 구조를 형성하여 전기적으로 연결될 수 있다. 상단 캡(310)은 중앙이 상향 돌출되고, 양극 탭(511) 등을 통해 전극 조립체(500)의 양극(510)과 간접적으로 연결되어, 외부 회로와의 접속에 의한 양극 단자로서의 기능을 수행할 수 있다.
전지 케이스(200)는 원통형 형상일 수 있으며, 비딩부(210) 및 크림핑부(220)를 포함할 수 있다.
비딩부(210)는 전지 케이스(200) 중 일부가 전극 조립체(500)의 중심 방향으로 만입된 부분을 지칭하는 것으로, 캡 조립체(300)의 안정적인 결합 및 전극 조립체(500)의 유동 방지를 위한 것이다. 여기서, 전극 조립체(500)의 중심 방향이라 함은, 젤리롤 형태의 전극 조립체(500)의 외주면에서 그 중심으로의 반경 방향을 의미할 수 있다.
크림핑부(220)는 비딩부(210)의 상부에 위치하여, 캡 조립체(300)를 감싸는 부분을 지칭하는 것으로, 캡 조립체(300)의 안정적인 결합을 위한 것이다. 구체적으로, 가스켓(400)은 크림핑부(220)와 비딩부(210)의 내면에 장착되어 캡 조립체(300)와 전지 케이스(200) 간의 밀봉력을 증대시킨다. 즉, 전지 케이스(200)와 캡 조립체(300) 사이에 가스켓(400)을 위치시키고, 전지 케이스(200)의 단부를 구부림으로써 크림핑부(220)를 형성한다. 이를 통해 캡 조립체(300)의 장착 및 이차 전지(100)의 밀봉이 이루어질 수 있다.
한편, 안전 벤트(320)의 아래에는 전류 차단 부재(600, Current Interrupt Device, CID) 및 CID 가스켓(700)이 위치할 수 있다. 안전 벤트(320)는 전류가 통하는 박막 구조물로서, 각각 깊이를 달리하는 2 개의 홈부들(321, 322)이 형성될 수 있다.
전류 차단 부재(600)는 도전성 판재의 부재로써, 외주부(610) 및 외주부(610)에 의해 둘러싸인 차단부(620)를 포함할 수 있다. 또한, 구체적으로 도시하지 않았으나 가스의 배출을 위한 다수의 관통구들이 형성될 수 있다. 비정상적 작동 상황에서, 이차 전지(100) 내부에서의 압력이 상승되면 차단부(620)가 외주부(610)와 분리되어, 외부 회로와 전극 조립체(500) 간의 전기적 연결이 차단될 수 있다.
CID 가스켓(700)은, 전류 차단 부재(600)의 가장자리를 감싸는 부재로써, 안전 벤트(320)가 외주부(610)와 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는, 도 4 및 도 5를 참고하여, 본 실시예에 따라 만입부가 형성된 가스켓에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 도 3의 “B”부분을 확대하여 나타낸 부분 단면도이고, 도 5는 도 3의 이차 전지에 포함된 가스켓을 나타낸 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 이차 전지는, 전지 케이스(200)와 캡 조립체(300) 사이에 위치하는 가스켓(400)을 포함하는데, 가스켓(400)은 내측에 형성된 만입부(410)를 포함하고, 만입부(410)는 캡 조립체(300)와 마주하면서 캡 조립체(300)와 이격된다.
가스켓(400)의 내측에 만입부(410)가 형성됨으로써, 활성화 공정에서 발생한 가스가 이동할 수 있는 통로가 마련될 수 있다. 이에 따라, 가스로 인한 이차 전지(100)의 내압 증가 및 성능 저하를 방지할 수 있다. 구체적으로, 전극 조립체의 팽창, 변형이나 잔류 가스 기포로 인한 리튬 석출 유발의 문제 등을 방지할 수 있다. 자세한 내용은 아래에서 도 8 및 도 9를 참고하여 다시 설명하도록 한다.
가스켓(400)은 캡 조립체(300)를 감싸기 위해 원형의 링 형태 일 수 있으며, 만입부(410)는 원형의 링 형태인 가스켓(400)의 내측에 형성되어, 높이 방향을 따라 일직선으로 이어질 수 있다. 가스켓(400)에 형성되는 만입부(410)의 개수에 특별한 제한은 없으며 복수개로 구성될 수 있다. 다만, 활성화 공정에서 발생한 가스만 배출하고, 그 이외의 공정에서는 대기 유입을 최대한 억제하는 것이 좋으므로, 2개 내지 4개로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에 따른 가스켓(400)은 만입부(410)의 일 단부에 위치한 채 전지 케이스(200)와 캡 조립체(300) 사이를 밀폐하는 밀봉부(420)를 포함할 수 있다. 이러한 밀봉부(420)는 캡 조립체(300)와 접할 수 있고, 이를 위해 밀봉부(420)는 만입부(410)보다 내측으로 돌출된 구조를 형성할 수 있다. 가스켓(400)을 사이에 두고 전지 케이스(200)와 캡 조립체(300)가 크림핑 결합되어 전지 케이스(200)에 크림핑부(220)가 형성될 수 있는데, 가스켓(400)의 밀봉부(420)가 캡 조립체(300)와 전지 케이스(200) 사이를 밀폐할 수 있다. 만입부 통한 가스 배출 이후에 밀봉부(420)가 만입부(410)를 통한 배출 경로를 차단할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 변형된 실시예에 따라 요철 구조가 형성된 가스켓을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 가스켓(400)의 밀봉부(420)가 캡 조립체(300)와 접하는 면에 요철부(421)가 형성될 수 있다. 요철부(421)는 오목한 부분과 볼록한 부분이 반복적으로 형성되는 영역을 지칭하는 것으로써, 캡 조립체(300)와 접하는 면에 이러한 요철부(421)를 마련하여, 전지 케이스(200)와 캡 조립체(300)를 크림핑 결합했을 때, 밀봉부(420)와 캡 조립체(300) 사이의 밀폐 정도가 증대될 수 있다.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 변형된 실시예들에 따른 가스켓들을 나타낸 사시도이다.
먼저 도 7a를 참고하면, 본 실시예에 따른 가스켓(400a)에 형성된 만입부(410a)은, 도 5에 도시된 일직선으로 이어지는 만입부(410)과 달리, 높이 방향을 따라 비스듬히 이어질 수 있다.
다음, 도 7b를 참고하면, 본 실시예에 따른 가스켓(400b)에 형성된 만입부(410b)은 높이 방향을 따라 지그재그로 이어질 수 있다.
높이 방향을 따라 비스듬히 또는 지그재그로 이어지는 만입부(410a, 410b)를 통해 활성화 공정에서 발생하는 가스를 배출함과 동시에 전해액의 유출이나 기포 발생을 최소화할 수 있다.
다음, 도 7c를 참고하면, 본 실시예에 따른 가스켓(400c)에 형성된 만입부(410c)은 일 단부에서 타 단부로 갈수록 폭이 넓어질 수 있다. 보다 구체적으로, 만입부(410c)이 높이 방향을 따라 이어지는데, 밀봉부(420)가 위치한 일 단부에서 상기 일 단부와 대향하는 타 단부로 갈수록 폭이 넓어지는 사다리꼴 형태를 형성할 수 있다.
일 단부에서 타 단부로 갈수록 폭이 넓어지는 만입부(410c)을 통해 활성화 공정에서 발생하는 가스를 배출함과 동시에 전지 케이스 내부에 수납된 전극 조립체나 전해액이 대기와 접촉하는 것을 최소화할 수 있다.
이하, 도 8 및 도 9를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 부분 단면도이다. 구체적으로, 도 8은, 전지 케이스(200)와 캡 조립체(300)의 크림핑 결합 이전의 이차 전지(100)의 상부에 대한 부분 단면도이고, 도 9는 전지 케이스(200)와 캡 조립체(300)의 크림핑 결합 이후의 이차 전지(100)의 상부에 대한 부분 단면도이다.
먼저, 도 8을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 제조 방법은, 전지 케이스(200)의 내부에 전극 조립체(500)를 수납하는 단계, 전극 조립체(500)에 전해액을 주입하는 단계, 전극 조립체(500) 위에 캡 조립체(300) 및 가스켓(400)을 위치시키는 단계 및 전극 조립체(500)에 대해 충, 방전을 실시하여 전극 조립체(500)를 활성화하는 단계를 포함한다.
전지 케이스(200)의 내부에 전극 조립체(500)를 수납한 이후, 전극 조립체(500)의 상부에서 전지 케이스(200)를 전극 조립체(500)의 중심 방향으로 만입하여 비딩부(210)를 형성하는 단계가 이어질 수 있다.
이후, 전극 조립체(500)에 대해 충, 방전을 실시하여 전극 조립체(500)를 활성화하는 단계가 이어질 수 있는데, 전극 조립체(500)를 활성화하는 단계는 화성(formation) 공정, 즉 활성화 공정에 해당한다. 상기 활성화 공정은 이차 전지에 대해 충전과 방전을 수행하여 이차 전지를 활성화하는 공정으로서, 충전 시 양극(510)으로부터 나온 리튬 이온이 음극(520)으로 이동하여 삽입되며 이 때 음극(520) 표면에서 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface: SEI) 막이 형성된다. 이러한 활성화 공정은 일반적으로 일정 범위의 정전류 또는 정전압으로 충방전을 반복하는 것으로 진행된다.
이러한 활성화 공정에서, 전극 피막 형성이나 셀 내부 수분의 분해로 인해 다량의 가스가 발생하는데, 활성화 공정에서 발생한 가스는 양도 많고 전극 피막과 지속적으로 반응하기 때문에 이를 배출시켜야 할 필요가 있다.
이 때, 본 실시예에 따른 가스켓(400)은 내측에 형성된 만입부(410)를 포함하고, 만입부(410)는 캡 조립체(300)와 마주하면서 캡 조립체(300)와 이격된다. 상기 전극 조립체(500)를 활성화하는 단계에서, 발생된 가스가 만입부(410)를 따라 외부로 배출된다. 보다 구체적으로는, 만입부(410)과 캡 조립체(300) 사이에 형성된 이동 통로를 따라 외부로 배출될 수 있다. 이와 같이, 활성화 공정에서 발생한 가스를 배출할 수 있으므로, 이차 전지(100)의 내압 증가 및 성능 저하를 방지할 수 있다. 보다 구체적으로는, 전극 조립체(500)의 팽창, 변형을 방지할 수 있고, 또 잔류 가스 기포로 인한 리튬 석출 유발의 문제 등을 방지할 수 있다.
다음, 도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 가스켓(400)은 만입부(410)의 일 단부에 위치한 채 전지 케이스(200)와 캡 조립체(300) 사이를 밀폐하는 밀봉부(420)를 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)의 제조 방법은, 가스켓(400)을 사이에 두고, 전지 케이스(200)와 캡 조립체(300)를 크림핑 결합하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 크림핑 결합하는 단계에서 밀봉부(420)가 상 캡 조립체(300)와 접하여 전지 케이스(200)와 캡 조립체(300) 사이를 밀폐할 수 있다. 상기 활성화하는 단계에서 만입부(410)를 통해 가스가 외부로 배출된 이후에 상기 크림핑 결합하는 단계를 통해 밀봉부(420)가 만입부(410)를 통한 배출 경로를 차단할 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에서는, 가스켓(400)에 만입부(410)를 형성하여 활성화 공정 시 가스 배출을 위한 경로를 확보하고, 동시에 만입부(410)의 일 단부에 돌출된 밀봉부(420)를 형성하여 가스켓(400)의 밀봉 기능을 확보할 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 밀봉부(420)가 캡 조립체(300)와 접하는 면에 요철부(421)가 형성되어 밀폐 정도가 증대될 수 있다. 자세한 내용은 앞서 설명한 내용과 중복이므로 생략하도록 한다.
도 10a는 본 발명의 일 실시에에 따른 보조 링을 배치하는 단계를 설명하기 위한 부분 단면도이고, 도 10b는 본 발명의 일 실시에에 따른 보조 링에 대한 사시도이다.
도 10a 및 도 10b를 참고하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)의 제조 방법은 캡 조립체(300) 위에 보조 링(800)을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 보조 링(800)은 고리 형상의 부재로써, 밀봉부(420)와 접촉하여, 만입부(410)가 형성하는 경로를 차단할 수 있다.
상기 보조 링(800)을 배치하는 단계는, 상기 전극 조립체(500)를 활성화하는 단계 이전에 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 전해액을 주입하는 단계와 상기 전극 조립체(500)를 활성화하는 단계 사이에 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 전극 조립체(500)에 전해액을 주입하고, 전극 조립체(500) 위에 캡 조립체(300) 및 가스켓(400)을 위치시킨 후, 캡 조립체(300) 위에 보조 링(800)을 배치할 수 있다. 보조 링(800)을 배치함으로써, 전극 조립체(500)에 전해액을 주입하고 나서 전극 조립체(500)를 활성화하기 전까지 만입부(410)가 형성하는 경로를 통해 전해액이 외부 대기와 접촉하는 것을 최소화 할 수 있다. 상기 활성화하는 단계가 진행되기 전에 전해액이 외부 대기 중 수분에 일정 시간 동안 노출되면 이차 전지의 성능 저하를 유발할 수 있는데, 본 실시예에 따른 보조 링(800)이 상기 활성화하는 단계가 진행되기 전까지의 대기 시간 동안 전해액과 외부 대기의 접촉 경로를 차단함으로써, 이러한 문제를 해결할 수 있다. 이후, 보조 링(800)을 제거하고 나서 상기 활성화하는 단계가 진행될 수 있다.
이러한 보조 링(800)의 재질에 특별한 제한은 없으며, 탄성을 갖는 소재가 포함될 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 하나 또는 그 이상의 이차 전지는 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 이차 전지
200: 전지 케이스
300: 캡 조립체
400: 가스켓
410: 만입부
420: 밀봉부
421: 요철부
800: 보조링

Claims (13)

  1. 전해액에 함침되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체와 상기 전해액을 수납하는 전지 케이스;
    상기 전지 케이스와 결합되는 캡 조립체; 및
    상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 위치하는 가스켓을 포함하고,
    상기 가스켓은 내측에 형성된 만입부를 포함하고,
    상기 만입부는 상기 캡 조립체와 마주하면서 상기 캡 조립체와 이격되는 이차 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 가스켓은, 상기 만입부의 일 단부에 위치한 채 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이를 밀폐하는 밀봉부를 포함하는 이차 전지.
  3. 제2항에서,
    상기 밀봉부는 상기 캡 조립체와 접하는 이차 전지.
  4. 제3항에서,
    상기 밀봉부가 상기 캡 조립체와 접하는 면에 요철부가 형성된 이차 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 만입부는 높이 방향을 따라 일직선, 비스듬히 또는 지그재그로 이어지는 이차 전지.
  6. 제1항에서,
    상기 만입부는 일 단부에서 타 단부로 갈수록 폭이 넓어지는 이차 전지.
  7. 제1항에서,
    상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체가, 상기 가스켓을 사이에 두고, 크림핑 결합되어, 상기 전지 케이스에 크림핑부가 형성되는 이차 전지.
  8. 전지 케이스의 내부에 전극 조립체를 수납하는 단계;
    상기 전극 조립체에 전해액을 주입하는 단계;
    상기 전극 조립체 위에 캡 조립체 및 가스켓를 위치시키는 단계; 및
    상기 전극 조립체에 대해 충, 방전을 실시하여 상기 전극 조립체를 활성화하는 단계를 포함하고,
    상기 가스켓은 내측에 형성된 만입부를 포함하고,
    상기 만입부는 상기 캡 조립체와 마주하면서 상기 캡 조립체와 이격되며,
    상기 전극 조립체를 활성화하는 단계에서, 발생된 가스가 상기 만입부를 따라 외부로 배출되는 이차 전지의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 가스켓은, 상기 만입부의 일 단부에 위치한 채 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이를 밀폐하는 밀봉부를 포함하는 이차전지의 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 가스켓을 사이에 두고, 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체를 크림핑 결합하는 단계를 더 포함하고,
    상기 크림핑 결합하는 단계에서, 상기 밀봉부가 상기 캡 조립체와 접하는 이차 전지의 제조 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 밀봉부가 상기 캡 조립체와 접하는 면에 요철부가 형성된 이차 전지의 제조 방법.
  12. 제9항에서,
    상기 캡 조립체 위에 보조 링을 배치하는 단계를 더 포함하고,
    상기 보조 링은, 상기 밀봉부와 접촉하여, 상기 만입부가 형성하는 경로를 차단하는 이차 전지의 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 보조 링을 배치하는 단계는, 상기 전극 조립체를 활성화하는 단계 이전에 이루어지는 이차 전지의 제조 방법.
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