KR20230082954A - 이차전지 - Google Patents

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KR20230082954A
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노대성
김동희
김준식
김진환
박준홍
박중용
이미선
조병휘
최규길
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예는 이차전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 케이스 손상을 가급적 방지할 수 있으면서 전지 용량을 충분히 확보할 수 있는 이차전지를 제공하는 데 있다.
이를 위해 본 발명은 제1 전극판, 제2 전극판 및 세퍼레이터를 포함하여 스택 또는 래미네이트 타입으로 구성되는 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하기 위한 수용부와 그 가장자리를 따라 외측으로 연장되는 테라스부를 포함하는 케이스 본체, 상기 케이스 본체를 덮어 상기 테라스부를 따라 접합되는 케이스 커버, 상기 제1 전극판으로부터 외부로 인출되는 제1 전극탭 및 상기 제2 전극판으로부터 외부로 인출되는 제2 전극탭을 포함하고, 상기 수용부는 바닥면과 그에 대한 측면을 가지며, 상기 바닥면과 상기 측면이 만나는 모서리는 곡면으로 형성되고, 서로 이웃한 두 측면이 만나는 모서리는 곡면으로 형성되며, 상기 측면과 상기 테라스부가 만나는 모서리는 곡면으로 형성되고, 상기 측면에서 상기 바닥면으로 이어지는 곡면이 시작되는 지점과 상기 테라스부로 이어지는 곡면이 끝나는 지점 사이에 해당하는 거리로서 클리어런스가 존재하는 이차전지를 개시한다.

Description

이차전지 {SECONDARY BATTERY}
본 발명의 실시예는 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차전지는 스마트폰, 피처폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더 등과 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차전지는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동 및 전력 저장용 전지로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차전지는 음극과 양극으로 이루어지는 전극조립체, 이를 수용하는 케이스, 전극조립체에 연결되는 단자 등을 포함할 수 있다. 이차전지는 그 형상에 따라 원형, 각형 및 파우치형 등으로 구분할 수 있다. 이들 중 파우치형 이차전지는 다양한 형상으로 변형이 용이하고 중량이 작은 파우치 외장재로 형성될 수 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것일 뿐이며, 따라서 종래기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예는 케이스 손상을 가급적 방지할 수 있으면서 전지 용량을 충분히 확보할 수 있는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 제1 전극판, 제2 전극판 및 세퍼레이터를 포함하여 스택 또는 래미네이트 타입으로 구성되는 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하기 위한 수용부와 그 가장자리를 따라 외측으로 연장되는 테라스부를 포함하는 케이스 본체, 상기 케이스 본체를 덮어 상기 테라스부를 따라 접합되는 케이스 커버, 상기 제1 전극판으로부터 외부로 인출되는 제1 전극탭 및 상기 제2 전극판으로부터 외부로 인출되는 제2 전극탭을 포함하고, 상기 수용부는 바닥면과 그에 대한 측면을 가지며, 상기 바닥면과 상기 측면이 만나는 모서리는 곡면으로 형성되고, 서로 이웃한 두 측면이 만나는 모서리는 곡면으로 형성되며, 상기 측면과 상기 테라스부가 만나는 모서리는 곡면으로 형성되고, 상기 측면에서 상기 바닥면으로 이어지는 곡면이 시작되는 지점과 상기 테라스부로 이어지는 곡면이 끝나는 지점 사이에 해당하는 거리로서 클리어런스가 존재할 수 있다.
또한, 상기 클리어런스는 0.1-0.6 mm일 수 있다.
또한, 상기 바닥면과 상기 측면이 만나는 모서리에서 곡률 반경은 서로 이웃한 두 측면이 만나는 모서리에서 곡률 반경보다 작을 수 있다.
또한, 상기 바닥면은 서로 대향하는 두 장변 및 서로 대향하는 두 단변을 갖고, 상기 장변 측과 상기 측면이 만나는 모서리에서 곡률 반경과 상기 단변 측과 상기 측면이 만나는 모서리에서 곡률 반경의 합은 서로 이웃한 두 측면이 만나는 모서리에서 곡률 반경보다 작을 수 있다.
또한, 상기 바닥면과 상기 측면이 만나는 모서리에서 곡률 반경은 0.2-0.5 mm일 수 있다.
또한, 서로 이웃한 두 측면이 만나는 모서리에서 곡률 반경은 1.0-4.0 mm일 수 있다.
본 발명의 실시예는 케이스 본체가 펀치를 이용해 제작되되, 수용부의 바닥면, 수용부의 측면, 테라스부 등이 만나는 모서리가 특정한 곡률 반경을 갖도록 곡면으로 형성되고, 측면에서 바닥면으로 이어지는 곡면이 시작되는 지점과 테라스부로 이어지는 곡면이 끝나는 지점 사이에 특정한 거리(클리어런스)가 존재하게 만들어, 응력 집중으로 인한 케이스 손상을 가급적 방지할 수 있으면서 전지 용량을 충분히 확보할 수 있는 이차전지를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지가 분해된 것으로, 위에서 바라본 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지가 결합된 것으로, 아래에서 바라본 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지가 결합된 것으로, 도 2와 다른 각도로 아래에서 바라본 부분 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술분야에서 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 포함할 수 있다. 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 "포함할 수 있다(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 제1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 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, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(100)가 분해된 것으로, 위에서 바라본 전체 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(100)가 결합된 것으로, 아래에서 바라본 부분 사시도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(100)가 결합된 것으로, 도 2와 다른 각도로 아래에서 바라본 부분 사시도이다.
도 1을 참조하면, 이차전지(100)는 이른바 파우치형 또는 폴리머형으로, 전극조립체(110), 케이스 본체(120), 케이스 커버(130), 제1 전극탭(140) 및 제2 전극탭(150)을 포함한다.
전극조립체(110)는 제1 전극판, 제2 전극판 및 세퍼레이터를 포함한다.
제1 전극판은 음극판과 양극판 중 어느 하나일 수 있다. 제1 전극판이 음극판인 경우, 제1 전극판은 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리 또는 니켈 포일 또는 메시로 이루어진 음극집전판에 음극활물질이 코팅된 음극코팅부 및 음극활물질이 코팅되지 않은 음극무지부를 포함할 수 있다. 음극활물질은 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 탄소 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체, 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이트 또는 금속 산화물 등으로 이루어질 수 있다.
제2 전극판은 음극판과 양극판 중 다른 하나일 수 있다. 제1 전극판이 전술한 바와 같이 음극판이라면 제2 전극판은 양극판이 되는데, 이 경우, 제2 전극판은 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 전도성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄 포일 또는 메시로 이루어진 양극집전판에 양극활물질이 코팅된 양극코팅부 및 양극활물질이 코팅되지 않은 양극무지부를 포함할 수 있다. 양극활물질은 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물, 예를 들면 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNiMnO2 등의 복합 금속 산화물로 이루어질 수 있다.
세퍼레이터는 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되어, 제1 전극판과 제2 전극판의 전기적 쇼트를 방지하는 역할을 한다. 세퍼레이터는 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 다공성 공중합체 등으로 이루어질 수 있다. 세퍼레이터는 제1 전극판과 제2 전극판의 전기적 쇼트를 효과적으로 방지하기 위해 제1 전극판과 제2 전극판보다 넓은 면적을 가질 수 있다.
이러한 전극조립체(110)는 제1 전극판, 세퍼레이터, 제2 전극판, 세퍼레이터 등이 차례로 다수 적층되어, 이른바 스택 타입(stack type) 또는 래미네이션 타입(lamination type)으로 구성된다.
케이스 본체(120)는 전극조립체(110)를 수용하기 위한 수용부(121)와 그 가장자리를 따라 외측으로 (도 1을 기준으로 할 때, 실질적으로 수평 방향으로) 연장되는 테라스부(122)를 포함한다.
이러한 케이스 본체(120)는 펀치를 이용해 제작될 수 있다. 이를테면, 케이스 본체(120)는 평평한 시트 부재를 가장자리에서 고정하고, 그 가운데를 펀치로 가압함으로써 제작될 수 있다. 이에, 시트 부재에서 펀치로 가압한 가운데 부분이 수용부(121)가 되고, 고정한 가장자리 부분이 테라스부(122)가 된다. 일반적으로, 시트 부재는 실질적으로 직사각형으로 형성되고, 펀치는 실질적으로 직육면체형으로 형성될 수 있다. 따라서, 수용부(121)도 실질적으로 직육면체형으로 공간이 형성되고, 테라스부(122)도 실질적으로 직사각형으로 외곽이 형성될 수 있다.
이러한 수용부(121)는 바닥면(121a)과 그에 대한 측면(121b)을 갖는다.
또한, 수용부(121)는 제작, 유통, 보관 및 사용 중 모서리 부위에서 응력이 집중되어 케이스(120)가 쉽게 손상되는 것을 방지하기 위해, 각 모서리가 곡면으로 형성된다. 보다 구체적으로, 바닥면(121a)에서 장변 측과 그에 이웃한 측면(121b)이 만나는 모서리는 제1 곡률 반경을 갖도록 곡면으로 형성된다(R1). 또한, 바닥면(121a)에서 단변 측과 그에 이웃한 측면(121b)이 만나는 모서리는 제2 곡률 반경을 갖도록 곡면으로 형성된다(R2). 또한, 서로 이웃한 두 측면(121b)이 만나는 모서리는 제3 곡률 반경을 갖도록 곡면으로 형성된다(R3).
단, 전극조립체(110)는 전술한 바와 같이 스택 또는 래미네이션 타입으로 구성되어 실질적으로 각진 직육면체형으로 형성되기 때문에, 제1 곡률 반경과 제2 곡률 반경이 너무 크게 형성되면 그만큼 수용부(121)의 공간 이용률이 감소하여 전지 용량이 감소할 수 있는 단점이 있다. 따라서, 제1 곡률 반경과 제2 곡률 반경은 상대적으로 작게 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 제1 곡률 반경과 제2 곡률 반경이 이처럼 작게 형성되면 그만큼 응력 집중 완화 효과가 저하될 수 있기 때문에, 이를 보완하기 위해 제3 곡률 반경은 상대적으로 크게 형성되는 것이 바람직하다. 이를테면, 제1 곡률 반경과 제2 곡률 반경은 제3 곡률 반경보다 작을 수 있다. 특히, 제1 곡률 반경과 제2 곡률 반경의 합이 제3 곡률 반경보다 작을 수 있다. 수치적으로 한정하자면, 제1 곡률 반경과 제2 곡률 반경은 0.2-2.0 mm일 수 있고, 제3 곡률 반경은 1.0-4.0 mm일 수 있다.
상기 곡률 반경은 펀치에 특정한 곡도를 부여함으로써 구현할 수 있다. 즉, 펀치가 직육면체형으로 형성되되, 밑면과 옆면이 만나는 모서리가 제1 곡률 반경과 제2 곡률 반경에 각각 대응되는 곡도를 갖도록 곡면으로 형성되고, 서로 이웃한 두 옆면이 만나는 모서리(높이에 해당)가 제3 곡률 반경에 해당하는 곡도를 갖도록 곡면으로 형성될 수 있다.
나아가, 측면(121b)과 테라스부(122)가 만나는 모서리 또한 곡면으로 형성된다(R4).
그 결과, 측면(121b)에서 바닥면(121a)으로 이어지는 곡면이 시작되는 지점과 테라스부(122)로 이어지는 곡면이 끝나는 지점 사이에 (도 1을 기준으로 할 때, 실질적으로 수평 방향으로) 거리(C)가 존재하게 되는데, 이를 '클리어런스(clearance)'라 하기로 한다. 클리어런스(C)는 0.1-0.6 mm일 수 있다. 클리어런스(C)가 0.1 mm 이상으로 확보될 경우, 해당 모서리에서 응력이 집중되어 케이스 본체(120)가 쉽게 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 클리어런스(C)가 0.6 mm 이하로 제한될 경우, 전지 용량이 불필요하게 감소하는 것을 방지할 수 있다.
케이스 커버(130)는 평평한 시트 부재로, 케이스 본체(120)를 덮어 테라스부(122)를 따라 접합된다.
케이스 본체(120)와 케이스 커버(130)는 서로 일체로 형성되어 케이스 커버(130)가 케이스 본체(120)에 대해 접철 가능하게 연결되어 있을 수도 있고, 서로 별개로 형성될 수도 있다.
제1 전극탭(140)은 전극조립체(110)의 제1 전극판에 전기적으로 연결되어, 케이스 본체(120)와 케이스 커버(130) 사이를 통해 외부로 인출된다. 또한, 제1 전극탭(140)은 제1 전극탭(140)을 둘러싸며 케이스 본체(120)와 케이스 커버(130) 사이에 위치하여 테라스부(122)에 안착되는 제1 절연테이프(141)가 마련될 수 있다. 이러한 제1 절연테이프(141)는 케이스 본체(120)와 케이스 커버(130)의 금속층에 대하여 제1 전극탭(140)을 절연하는 역할을 한다.
제2 전극탭(150)은 전극조립체(110)의 제2 전극판의 전극무지부에 전기적으로 연결되어, 케이스 본체(120)와 케이스 커버(130) 사이를 통해 외부로 인출된다. 또한, 제2 전극탭(150)은 제2 전극탭(150)을 둘러싸며 케이스 본체(120)와 케이스 커버(130) 사이에 위치하여 테라스부(122)에 안착되는 제2 절연테이프(151)가 마련될 수 있다. 이러한 제2 절연테이프(151)는 케이스 본체(120)와 케이스 커버(130)의 금속층에 대하여 제2 전극탭(150)을 절연하는 역할을 한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차전지를 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: 이차전지
110: 전극조립체
120: 케이스 본체
121: 수용부
121a: 바닥면
121b: 측면
122: 테라스부
130: 케이스 커버
140: 제1 전극탭
150: 제2 전극탭

Claims (6)

  1. 제1 전극판, 제2 전극판 및 세퍼레이터를 포함하여 스택 또는 래미네이트 타입으로 구성되는 전극조립체,
    상기 전극조립체를 수용하기 위한 수용부와 그 가장자리를 따라 외측으로 연장되는 테라스부를 포함하는 케이스 본체,
    상기 케이스 본체를 덮어 상기 테라스부를 따라 접합되는 케이스 커버,
    상기 제1 전극판으로부터 외부로 인출되는 제1 전극탭 및
    상기 제2 전극판으로부터 외부로 인출되는 제2 전극탭을 포함하고,
    상기 수용부는 바닥면과 그에 대한 측면을 가지며,
    상기 바닥면과 상기 측면이 만나는 모서리는 곡면으로 형성되고,
    서로 이웃한 두 측면이 만나는 모서리는 곡면으로 형성되며,
    상기 측면과 상기 테라스부가 만나는 모서리는 곡면으로 형성되고,
    상기 측면에서 상기 바닥면으로 이어지는 곡면이 시작되는 지점과 상기 테라스부로 이어지는 곡면이 끝나는 지점 사이에 해당하는 거리로서 클리어런스가 존재하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 클리어런스는 0.1-0.6 mm인 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바닥면과 상기 측면이 만나는 모서리에서 곡률 반경은 서로 이웃한 두 측면이 만나는 모서리에서 곡률 반경보다 작은 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바닥면은 서로 대향하는 두 장변 및 서로 대향하는 두 단변을 갖고,
    상기 장변 측과 상기 측면이 만나는 모서리에서 곡률 반경과 상기 단변 측과 상기 측면이 만나는 모서리에서 곡률 반경의 합은 서로 이웃한 두 측면이 만나는 모서리에서 곡률 반경보다 작은 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바닥면과 상기 측면이 만나는 모서리에서 곡률 반경은 0.2-0.5 mm인 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    서로 이웃한 두 측면이 만나는 모서리에서 곡률 반경은 1.0-4.0 mm인 이차전지.
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