KR20230101249A - 이차전지 - Google Patents

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KR20230101249A
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electrode plate
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이현수
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Abstract

본 발명의 실시예는 이차전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 제작이 용이한 이차전지를 제공하는 데 있다.
이를 위해 본 발명은 제1 전극판, 제2 전극판 및 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하기 위한 것으로, 파이프형으로 형성되며, 둘레 방향을 따라 두께가 변하는 캔, 상기 캔의 개방된 일단을 밀봉하기 위한 제1 사이드플레이트, 상기 캔의 개방된 타단을 밀봉하기 위한 제2 사이드플레이트, 상기 제1 전극판에 전기적으로 연결되어 상기 제1 사이드플레이트를 관통하여 외부로 노출되는 제1 사이드터미널 및 상기 제2 전극판에 전기적으로 연결되어 상기 제2 사이드플레이트를 관통하여 외부로 노출되는 제2 사이드터미널을 포함하는 이차전지를 개시한다.

Description

이차전지 {SECONDARY BATTERY}
본 발명의 실시예는 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 저용량 전지의 경우 휴대폰, 캠코더 등과 같이 휴대 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등에서 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다. 이러한 이차 전지는 외형에 따라 원통형, 각형, 파우치형(또는 폴리머형) 등으로 구분될 수 있다. 이들 중 각형 전지는 양극 판과 음극 판 사이에 세퍼레이터가 개재되어 형성된 전극 조립체, 전해질 등이 캔에 내장되고, 캔에 캡 플레이트가 설치되어 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 제작이 용이한 이차전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는 안정성이 우수한 이차전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 제1 전극판, 제2 전극판 및 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하기 위한 것으로, 파이프형으로 형성되며, 둘레 방향을 따라 두께가 변하는 캔, 상기 캔의 개방된 일단을 밀봉하기 위한 제1 사이드플레이트, 상기 캔의 개방된 타단을 밀봉하기 위한 제2 사이드플레이트, 상기 제1 전극판에 전기적으로 연결되어 상기 제1 사이드플레이트를 관통하여 외부로 노출되는 제1 사이드터미널 및 상기 제2 전극판에 전기적으로 연결되어 상기 제2 사이드플레이트를 관통하여 외부로 노출되는 제2 사이드터미널을 포함할 수 있다.
또한, 상기 캔은 직사각 파이프형으로 형성되어, 제1 단변부, 제2 단변부, 제1 장변부 및 제2 장변부를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 단변부와 상기 제2 단변부의 두께는 상기 제1 장변부와 상기 제2 장변부의 두께보다 클 수 있다.
또한, 상기 제2 단변부에 안전벤트가 위치하고, 상기 제2 단변부의 두께는 상기 제1 단변부, 상기 제1 장변부 및 상기 제2 장변부의 두께보다 클 수 있다.
또한, 상기 제2 단변부에 홀이 형성되고, 상기 안전벤트는 상기 홀 위에 배치되어, 겹치기 용접에 의해 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예는 압출 공정을 통해 하나의 긴 직사각 파이프를 성형하고 일정한 길이로 절삭하는 방식으로 캔을 제조함으로써, 제작이 용이한 이차전지를 제공한다.
이때, 단변부를 장변부보다 두껍게 형성함으로써, 강성 및 냉각 효율을 개선할 수 있다.
특히, 안전벤트가 위치하는 단변부를 가장 두껍게 형성함으로써, 안전벤트를 설치할 때 구조적 안정성을 보강할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 좌측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 우측면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 캔의 단면도로, 도 1에서 7-7 선에 대한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 캔의 제조 과정의 개요도이다.
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)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(100)의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(100)의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(100)의 저면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(100)의 좌측면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(100)의 우측면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(100)는 전극조립체, 캔(110), 제1 사이드플레이트(120), 제2 사이드플레이트(130), 제1 사이드터미널(140) 및 제2 사이드터미널(150)을 포함한다. 도면에서는 전극조립체가 캔(110)의 내부에 배치되어 있기 때문에 드러나 있지 않다.
전극조립체는 제1 전극판, 제2 전극판 및 세퍼레이터를 포함한다.
제1 전극판은 음극판과 양극판 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극판이 음극판인 경우, 제1 전극판은 전도성 금속 박판, 예컨대 구리 또는 니켈 포일 또는 메시로 이루어진 음극집전판에 음극활물질이 코팅된 음극코팅부 및 음극활물질이 코팅되지 않은 음극무지부를 포함할 수 있다. 음극활물질은 예컨대 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. 예를 들어, 제2 전극판이 양극판인 경우, 제2 전극판은 전도성 금속 박판, 예컨대 알루미늄 포일 또는 메시로 이루어진 양극집전판에 양극활물질이 코팅된 양극코팅부 및 양극활물질이 코팅되지 않은 양극무지부를 포함할 수 있다. 양극활물질은 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물, 예컨대 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNiMnO2 등의 복합 금속 산화물로 이루어질 수 있다.
세퍼레이터는 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되어, 제1 전극판과 제2 전극판 간 전기적 쇼트를 방지하는 역할을 한다. 세퍼레이터는 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 다공성 공중합체 등으로 이루어질 수 있다.
캔(110)은 전극조립체와 전해액을 수용하는 역할을 한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지(100)의 캔(110)의 단면도로, 도 1에서 7-7 선에 대한 것인 도 7을 함께 참조하면, 캔(110)은 파이프형으로 형성된다. 특히, 도면에서는 캔(110)이 직사각 파이프형으로 형성되는 것으로 예시되어 있는데, 이하에서는 캔(110)에서, 상대적으로 짧은 변을 갖는 두 영역을 각각 '제1 단변부(111)'와 '제2 단변부(112)'라 하고, 상대적으로 긴 변을 갖는 두 영역을 각각 '제1 장변부(113)'와 '제2 장변부(114)'라 한다.
이 경우, 제1 단변부(111)와 제2 단변부(112)의 두께(t1, t2)는 제1 장변부(113)와 제2 장변부(114)의 두께(t3, t4)보다 큰 것이 바람직하다. 이에 의하면, 제1 단변부(111)와 제2 단변부(112)에 대해 강성 및 냉각 효율을 개선할 수 있다.
한편, 제2 단변부(112)에 안전벤트(160)가 위치할 수 있다. 안전벤트(160)는 캔(110)의 내부에 가스가 발생할 경우, 그로 인한 압력에 의해 저절로 절개되어 가스 및 압력을 방출함으로써 이차전지(100)가 폭발하는 것을 방지하는 역할을 한다. 이를 위해, 안전벤트(160)는 절개를 유도하는 노치(160A)가 형성될 수 있다. 이러한 안전벤트(160)는 제2 단변부(112)에 홀이 관통하여 형성되어, 그 홀 위에 배치된 후 겹치기 용접에 의해 고정될 수 있다. 이때, 제2 단변부(112)의 두께(t2)는 제1 단변부(111)의 두께(t1)보다 큰 것이 바람직하다. 이에 의하면, 상대적으로 두꺼운 두께를 통해 강성을 보강함으로써, 겹치기 용접 과정에서 제2 단변부(112)가 의도치 않게 변형되는 것을 방지할 수 있다.
결론적으로, 캔(110)이 직사각 파이프형으로 형성되고, 제2 단변부(112)에 안전벤트(160)가 위치할 경우, 제2 단변부(112)의 두께(t2)가 가장 크고, 그 다음으로 제1 단변부(111)의 두께(t1)가 제1 및 제2 장변부(114)의 두께(t3, t4)보다 클 수 있다.
캔(110)의 제조 방법을 설명하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(100)의 캔(110)의 제조 과정의 개요도인 도 8을 참조하면, 캔(110)은 압출 공정에 의해 하나의 긴 직사각 파이프로 성형된 후 일정한 길이로 절단됨으로써 형성될 수 있다. 이때, 사각형 다이와 사각형 맨드릴 사이의 간극을 통해, 전술한 제1 단변부(111), 제2 단변부(112), 제1 장변부(113) 및 제2 장변부(114)의 두께()를 용이하게 설정할 수 있을 것이다.
제1 사이드플레이트(120)는 캔(110)의 개방된 일단에 대응되도록 사각 판형으로 형성된다. 따라서, 제1 사이드플레이트(120)는 캔(110)의 일단에 용접되어 밀봉하는 역할을 한다.
제2 사이드플레이트(130)는 캔(110)의 개방된 타단에 대응되도록 사각 판형으로 형성된다. 따라서, 제2 사이드플레이트(130)는 캔(110)의 타단에 용접되어 밀봉하는 역할을 한다.
제1 사이드터미널(140)은 전극조립체의 제1 전극판의 무지부(음극무지부)에 전기적으로 연결되어 제1 사이드플레이트(120)를 관통하여 외부로 노출된다. 따라서, 제1 사이드터미널(140)은 음극단자로서 역할을 하게 된다. 이때, 제1 사이드터미널(140)과 제1 사이드플레이트(120) 사이에 절연 부재(미도시)가 구비되어 이들 간 전기적 쇼트를 방지할 수 있다.
제2 사이드터미널(150)은 전극조립체의 제2 전극판의 무지부(양극무지부)에 전기적으로 연결되어 제2 사이드플레이트(130)을 관통하여 외부로 노출된다. 따라서, 제2 사이드터미널(150)은 양극단자로서 역할을 하게 된다. 이때, 제2 사이드터미널(150)과 제2 사이드플레이트(130) 사이에 절연 부재(미도시)가 구비되어 이들 간 전기적 쇼트를 방지할 수 있다.
이상으로 설명한 이차전지는 좌측과 우측에 음극단자(제1 사이드터미널)와 양극단자(제2 사이드터미널)가 제공되므로, 상부와 하부를 동시에 효과적으로 냉각할 수 있다. 종래 각형 전지의 경우, 상부에 음극단자와 양극단자가 제공되었기 때문에, 그 상부는 냉각하기 어려운 단점이 있었다.
또한, 종래 각형 전지의 경우, 상부에 음극단자와 양극단자가 제공되었기 때문에, 상측 공간을 활용하는 데 제약이 있었다. 이에 반해, 전술한 이차전지는 좌측과 우측에 음극단자(제1 사이드터미널)와 양극단자(제2 사이드터미널)가 제공되므로, 상측 공간을 효율적으로 이용할 수 있다.
또한, 종래 각형 전지의 경우, 상부에 음극단자와 양극단자가 제공되었기 때문에, 충방전 전류가 대략 U자 형태로 흐르게 되어, 특정한 영역이 빠르게 열화되는 문제가 있었다. 이에 반해, 전술한 이차전지는 좌측과 우측에 음극단자(제1 사이드터미널)와 양극단자(제2 사이드터미널)가 제공되므로, 충방전 전류가 수평 방향으로 흐르게 되어, 전지 열화 현상이 감소할 수 있다.
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.

Claims (5)

  1. 제1 전극판, 제2 전극판 및 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체,
    상기 전극조립체를 수용하기 위한 것으로, 파이프형으로 형성되며, 둘레 방향을 따라 두께가 변하는 캔,
    상기 캔의 개방된 일단을 밀봉하기 위한 제1 사이드플레이트,
    상기 캔의 개방된 타단을 밀봉하기 위한 제2 사이드플레이트,
    상기 제1 전극판에 전기적으로 연결되어 상기 제1 사이드플레이트를 관통하여 외부로 노출되는 제1 사이드터미널 및
    상기 제2 전극판에 전기적으로 연결되어 상기 제2 사이드플레이트를 관통하여 외부로 노출되는 제2 사이드터미널을 포함하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캔은 직사각 파이프형으로 형성되어, 제1 단변부, 제2 단변부, 제1 장변부 및 제2 장변부를 갖는 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 단변부와 상기 제2 단변부의 두께는 상기 제1 장변부와 상기 제2 장변부의 두께보다 큰 이차전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 단변부에 안전벤트가 위치하고,
    상기 제2 단변부의 두께는 상기 제1 단변부, 상기 제1 장변부 및 상기 제2 장변부의 두께보다 큰 이차전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 단변부에 홀이 형성되고,
    상기 안전벤트는 상기 홀 위에 배치되어, 겹치기 용접에 의해 고정되는 이차전지.
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