KR20230105885A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20230105885A
KR20230105885A KR1020220001464A KR20220001464A KR20230105885A KR 20230105885 A KR20230105885 A KR 20230105885A KR 1020220001464 A KR1020220001464 A KR 1020220001464A KR 20220001464 A KR20220001464 A KR 20220001464A KR 20230105885 A KR20230105885 A KR 20230105885A
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이현수
용준선
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 개시는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 스틸 케이스 및 사이드 터미널을 갖는 이차 전지을 제공하는데 있다. 이를 위해 본 개시는 전극 조립체; 양측면 방향으로 개구가 제공되고 상기 개구를 통해 상기 전극 조립체가 결합되는 케이스; 상기 전극 조립체의 전극탭에 전기적으로 연결되는 사이드 터미널; 및 상기 사이드 터미널이 관통되며 상기 개구에 결합되는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 케이스 및 상기 캡 플레이트는 스틸을 포함하는, 이차 전지를 제공한다.

Description

이차 전지{Secondary Battery}
본 개시(disclosure)는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지 모듈의 경우 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는, 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 제공된 전극 조립체와 전해질을 케이스에 내장하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성될 수 있다. 여기서, 전극 조립체의 대표적인 예로는 스택 타입 또는 권취 타입을 들 수 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 개시는 스틸 케이스를 갖는 이차 전지를 제공한다.
본 개시에 따른 예시적 이차 전지는 전극 조립체; 양측면 방향으로 개구가 제공되고 상기 개구를 통해 상기 전극 조립체가 결합되는 스틸 재질의 케이스; 상기 전극 조립체의 전극탭에 전기적으로 연결되는 사이드 터미널; 및 상기 사이드 터미널이 관통되며 상기 개구에 결합되는 스틸 재질의 캡 플레이트를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 케이스 및 상기 캡 플레이트는 스테인레스 강 또는 탄소강을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 케이스는 스테인레스 강을 포함하고, 상기 캡 플레이트는 탄소강을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 케이스 및 상기 캡 플레이트는 SUS304 계열을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 케이스는 단면이 □ 형태로 절곡된 후 용접될 수 있다.
일부 예들에서, 상기 케이스는 단면이 □ 형태로 압출될 수 있다.
일부 예들에서, 상기 케이스는 제1단변부; 상기 제1단변부에 대향하는 제2단변부; 상기 제1,2단변부의 일측을 연결하는 제1장변부; 및 상기 제1,2단변부의 타측을 연결하며 상기 제1장변부에 대향하는 제2장변부를 포함하고, 상기 제1,2단변부의 두께는 상기 제1,2장변부의 두께보다 두꺼울 수 있다.,
일부 예들에서, 상기 제1단변부의 두께는 상기 제2단변부의 두께보다 두꺼울 수 있다.
일부 예들에서, 상기 제1단변부는 안전벤트를 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 케이스는 상기 제1,2단변부 및 상기 제1,2장변부의 일측에 제공되는 제1개구; 및 상기 제1,2단변부 및 상기 제1,2장변부의 타측에 제공되는 제2개구를 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 사이드 터미널은 상기 제1개구에 위치된 제1사이드 터미널 및 상기 제2개구에 위치된 제2사이드 터미널을 포함하고, 상기 캡 플레이트는 상기 제1개구에 용접되며 상기 제1사이드 터미널이 관통하는 제1캡 플레이트 및 상기 제2개구에 용접되며 상기 제2사이드 터미널이 관통하는 제2캡 플레이트를 포함할 수 있다.
본 개시는 스틸 케이스를 갖는 이차 전지를 제공한다. 본 개시는 알루미늄 케이스 대비 강도가 높은 스틸 케이스를 이용함으로써 이차 전지의 두께를 감소시킬 수 있다. 또한, 본 개시는 알루미늄 케이스 대비 열전도도가 낮은 스틸 케이스를 이용함으로써 이차 전지의 열전파 현상을 감소시킬 수 있다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e 및 도 1f는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지를 도시한 정면도, 평면도, 저면도, 좌측면도, 우측면도 및 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지중 예시적 케이스를 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1f의 3a-3a선 단면도 및 3b-3b선 단면도이다.
도 4는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지의 열전파 감소 현상을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 개시들은 당해 기술 분야에서 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 포함한다. 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 "포함한다(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 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 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 "좌측", "우측", "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "좌측", "우측", "상부" 또는위위에"를 포괄하는 개념이다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e 및 도 1f는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)를 도시한 정면도, 평면도, 저면도, 좌측면도, 우측면도 및 사시도이다. 도 2a 및 도 2b는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)중 예시적 케이스(150)를 도시한 단면도이다. 도 3a 및 도 3b는 도 1f의 3a-3a선 단면도 및 3b-3b선 단면도이다. 여기서, 도 3a 및 도 3b는 설명의 편의상 도 1f에 도시된 이차 전지(100)가 시계 방향으로 90°회전된 것이다. 따라서, 이하의 설명중 "상부 및 하부"라는 용어는 "좌측 및 우측"을 의미할 수 있다.
도 1a 내지 도 3b에 도시된 예에서, 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 케이스(150), 사이드 터미널들(160N,160P) 및 캡 플레이트들(170N,170P)를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 사이드 터미널들은 음극 사이드 터미널(160N) 및 양극 사이드 터미널(160P)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 캡 플레이트들(170)은 음극측 캡 플레이트(170N) 및 양극측 캡 플레이트(170P)를 포함할 수 있다.
음극 사이드 터미널(160N) 및 그 주변 구조는 양극 사이드 터미널(160P) 및 그 주변 구조와 유사할 수 있으므로, 이하의 설명에서 음극 사이드 터미널(160N) 및 그 주변 구조가 주로 설명될 수 있다.
음극측 캡 플레이트(170N) 및 그 주변 구조 역시 양극측 캡 플레이트(170P) 및 그 주변 구조와 유사할 수 있으므로, 이하의 설명에서 음극측 캡 플레이트(170N) 및 그 주변 구조가 주로 설명될 수 잇다.
전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형의 음극판, 세퍼레이터, 양극판의 적층체가 스택되거나 권취되어 제공될 수 있다. 다르게 설명하면, 전극 조립체(110)는 스택 타입 또는 권취 타입일 수 있다. 일부 예들에서, 전극 조립체(110)는 2개 이상의 전극 조립체들이 서로 인접해 위치될 수도 있다.
일부 예들에서, 음극판은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 제공된 음극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 음극 활물질이 도포되어 제공되며, 음극 활물질이 도포되지 않는 영역인 음극 무지부 탭(111)(또는 음극 전극 탭)(도 3a 및 도 3b 참조)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 음극 무지부 탭(111)은 음극판을 제조할 때 미리 측면 방향으로 돌출되도록 절단하여 제공할 수 있으며, 음극판과 일체로 이루어질 수 있다. 일부 예들에서, 음극 무지부 탭(111)은 전극 조립체(110)의 측면 방향으로 대략 2개가 돌출되어 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 음극 무지부 탭(111)은 전극 조립체(110)를 중심으로 상,하부(또는 도 3a 에서는 좌,우측)에 각각 제공될 수 있다.
일부 예들에서, 양극판은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 제공된 양극 집전체에 전이금속산화물 등의 양극 활물질이 도포되어 제공되며, 양극 활물질이 도포되지 않은 영역인 양극 무지부 탭(미도시)(또는 양극 전극 탭)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 양극 무지부 탭은 양극판을 제조할 때 미리 일측부로 돌출되도록 절단하여 제공할 수 있으며, 양극판과 일체로 이루어질 수 있다. 일부 예들에서, 양극 무지부 탭은 전극 조립체의 측면 방향으로 대략 2개가 돌출되어 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 양극 무지부 탭은 전극 조립체를 중심으로 상,하부에 각각 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 음극 무지부 탭(111)의 돌출 방향과 양극 무지부 탭의 돌출 방향은 서로 반대일 수 있다.
일부 예들에서, 세퍼레이터는 음극판과 양극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌 또는 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 세퍼레이터는 액체 또는 겔 상태의 전해액을 필요로 하지 않는 황화물계, 산화물계 또는 인산염화합물계와 같은 무기물계 고체 전해질로 대체될 수도 있다.
일부 예들에서, 전극 조립체(110)는 전해액과 함께 케이스(150)에 수용될 수 있다. 일부 예들에서, 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethylmethyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염을 포함할 수 있다. 또한, 전해액은 액체 또는 겔상일 수 있다. 일부 예들에서, 무기물계 고체 전해질이 사용될 경우, 전해액은 생략될 수도 있다.
일부 예들에서, 이차 전지(100)의 음극판에 전기적으로 연결되는 구조물은 양극판에 전기적으로 연결되는 구조물과 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 이하의 설명에서, 이해의 편의를 위해 음극판에 전기적으로 연결되는 구조물을 주로 설명하기로 한다.
일부 예들에서, 서브 플레이트(120)가 전극 조립체(110)의 무지부 탭들(111)(음극 무지부 탭들(111))에 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 무지부 탭들(111)이 전극 조립체(110)를 중심으로 상,하부(도 3a에서는 좌,우측)에 각각 이격되어 제공될 수 있으므로, 서브 플레이트(120) 역시 이에 부합하는 형태로 제공될 수 있다.
일부 예들에서, 서브 플레이트(120)는 제1서브 영역(121), 제2서브 영역들(122) 및 제3서브 영역들(123)을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 제1서브 영역(121)은 집전 부재(140)에 전기적으로 결합되고 전극 조립체(110) 및 무지부 탭들(111)로부터 이격될 수 있다.
일부 예들에서, 제2서브 영역들(122)은 제1서브 영역(121)을 중심으로 각각 상,하 방향으로(도 3a에서는 좌,우측 방향으로) 절곡되어 연장될 수 있다. 일부 예들에서, 제2서브 영역들(122)은 제1서브 영역(121)으로부터 양측의 무지부 탭들(111)을 향하여 절곡 및 연장될 수 있다.
일부 예들에서, 제3서브 영역들(123)은 제2서브 영역들(122)로부터 각각 연장되고 무지부 탭들(111)에 각각 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 제3서브 영역들(123)은 무지부 탭들(111)과 평행한 위치를 이룰 수 있다. 이와 같이 하여, 제3서브 영역들(123)과 무지부 탭들(111) 사이에는 다수의 용접 영역들(1231)이 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 서브 플레이트(120)는 구리, 니켈, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 탄성 부재(130)가 제1서브 영역(121)과 전극 조립체(110)의 사이에 개재될 수 있다. 일부 예들에서, 탄성 부재(130)는 상호간 이격된 무지부 탭들(111)의 사이에 위치될 수 있다. 일부 예들에서, 탄성 부재(130)는 제1탄성 영역(131), 제2탄성 영역들(132) 및 제3탄성 영역(들)(133)을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 제1탄성 영역(131)은 전극 조립체(110)에 밀착될 수 있다. 일부 예들에서, 제1탄성 영역(131)은 무지부 탭들(111) 사이에 있는 전극 조립체(110)의 일부 영역에 밀착될 수 있다.
일부 예들에서, 제2탄성 영역들(132)은 제1탄성 영역(131)으로부터 각각 상,하 방향으로(도 3a에서는 좌,우 방향으로) 절곡되어 연장될 수 있다. 일부 예들에서, 제2탄성 영역들(132)은 제1서브 영역(121)을 향하여 절곡 및 연장될 수 있다.
일부 예들에서, 제3탄성 영역(들)(133)은 제2탄성 영역들(132)로부터 각각 연장되어 제1서브 영역(121)에 각각 밀착될 수 있다.
일부 예들에서, 탄성 부재(130)는 대체로 컵 모양, 접시 모양 또는 "U" 모양을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 탄성 부재(130)는 전기적으로 절연체를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 탄성 부재(130)는 전해액과 반응하지 않는 PTFE(Polytetrafluoroethylene), PPS(Polyphenylene Sulfide), PP(Polyphenylene) 또는 PEEK(Polyether ether ketone)를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 탄성 부재(130)는 집전 부재(140)에 사이드 터미널(160N)이 용접될 때, 집전 부재(140)를 지지할 수 있다. 따라서, 탄성 부재(130)로 인해 집전 부재(140)와 사이드 터미널(160N) 사이의 밀착력이 향상되고, 이에 따라 용접 품질이 향상될 수 있다.
일부 예들에서, 집전 부재(140)는 서브 플레이트(120)에 전기적으로 접속될 수 있다. 집전 부재(140)는 서브 플레이트(120)의 제1서브 영역(121) 상에 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 집전 부재(140)는 서브 플레이트(120)와 일체이거나 또는 별도로 구비되어 서브 플레이트(120)에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 집전 부재(140)의 두께는 서브 플레이트(120) 또는 제1서브 영역(121)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 일부 예들에서, 집전 부재(140)는 구리, 니켈, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다.
케이스(150)는 양쪽 측면 방향으로(예를 들면, 수평 방향으로) 개구들(155,157)이 제공되고 개구들(155,157)을 통해 전극 조립체(110)가 케이스(150)에 결합되도록 할 수 있다.
케이스(150)는 제1,2단변부(151,152) 및 제1,2장변부(153,154)를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 제1단변부(151)의 양측과 제1,2장변부(153,154)가 각각 만나는 모서리 영역에는 곡면부가 제공될 수 있고, 또한 제2단변부(152)의 양측과 제1,2장변부(153,154)가 각각 만나는 모서리 영역에도 곡면부가 제공될 수 있다.
제1단변부(151)는 대략 직사각 플레이트 형태일 수 있다. 제2단변부(152)는 제1단변부(151)에 대향하며 대략 직사각 플레이트 형태일 수 있다. 일부 예들에서, 제1,2단변부(151,152)의 각 면적은 상호간 유사하거나 동일할 수 있다.
제1장변부(153)는 제1,2단변부(151,152)의 일측을 연결하며, 대략 직사각 형태일 수 있다. 제1장변부(153)의 면적은 제1단변부(151)의 면적 또는 제2단변부(152)의 면적보다 넓을 수 있다. 제2장변부(154)는 제1,2단변부(151,152)의 타측을 연결하며, 대략 직사각 형태일 수 있다. 제2장변부(154)의 면적은 제1단변부(151)의 면적 또는 제2단변부(152)의 면적보다 넓을 수 있다. 일부 예들에서, 제1,2장변부(153,154)의 각 면적은 상호간 유사하거나 동일할 수 있다.
일부 예들에서, 제1단변부(151)의 두께 또는 제2단변부(152)의 두께는 제1장변부(153)의 두께 또는 제2장변부(154)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 이에 따라, 케이스(150)의 강성 및 쿨링 성능이 향상될 수 있다.
일부 예들에서, 제1단변부(151)의 두께가 제2단변부(152)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 일부 예들에서, 제1단변부(151)에 안전벤트(1511)가 제공될 수 있다. 상술한 바와 같에, 제1단변부(151)의 두께가 제2단변부(152)의 두께에 비해 상대적으로 두꺼우므로, 안전벤트(1511)의 결합(예를 들면, 용접)이 용이하다. 안전벤트(1511)는 노치를 포함하며, 케이스(150)의 내부 압력이 기준압력보다 클 경우 안전벤트(1511)의 노치가 파열되면서 내부 가스가 외부로 방출될 수 있다.
케이스(150)의 개구는 제1,2단변부(151,152) 및 제1,2장변부(153,154)의 일측에 제공되는 제1개구(155)와, 제1,2단변부(151,152) 및 제1,2장변부(153,154)의 타측에 제공되는 제2개구(156)를 포함할 수 있으며, 제1,2개구(155,154)는 상호간 수평 방향으로 연결될 수 있다. 따라서, 제1,2개구(155,154)를 통하여 전극 조립체(110)가 수평 방향으로 케이스(150)에 용이하게 결합될 수 있다.
일부 예들에서, 케이스(150)는 단면의 형태가 대체로 □ 형태로 절곡된 후 용접되어 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 용접에 의해 용접 영역(157)(도 2b 참조)이 제1단변부(151) 또는 제2단변부(152)에 수평 방향으로 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 용접에 의해 용접 영역(157)이 제1장변부(153) 또는 제2장변부(154)에 수평 방향으로 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 용접 영역(157)이 제1단변부(151)와 제1장변부(153)가 만나는 모서리 영역을 따라서 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 용접 영역(157)이 제1단변부(151)와 제2장변부(154)가 만나는 모서리 영역을 따라서 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 용접 영역(157)이 제2단변부(152)와 제1장변부(153)가 만나는 모서리 영역을 따라서 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 용접 영역(157)이 제2단변부(152)와 제2장변부(154)가 만나는 모서리 영역을 따라서 제공될 수 있다.
일부 예들에서, 용접 영역(157)은 레이저 빔에 의해 제공될 수 있다. 레이저 빔에 의한 용접은 맞대기 용접, 겹치기 용접, 모서리 용접, 플랜지형 맞대기 용접 또는 양면 보조판 용접 방식을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 케이스(150)는 단면의 형태가 □ 형태로 압출되어 제공될 수 있다. 압출은 금속과 같이 강성이 큰 재료가 다이를 통과하도록 하여 다이의 구멍과 같은 단면 모양의 긴 제품을 제작하는 가공법이다. 압출은 가공시 압축력이 높으므로, 제품의 조직이 치밀하고 기계적 성질이 양호하다. 압출 방식은 냉간 압출과 열간 압출이 있는데, 본 개시에서 케이스(150)는 열간 압출에 의해 제공될 수 있다. 열간 압출에 의해 케이스(150)의 표면에 산화피막(절연막)이 형성되므로, 전극 조립체(110)와 케이스(150) 사이의 전기적 쇼트 현상이 방지될 수 있다. 또한, 열간 압출에 의해 이음매 없는(예를 들면, 용접 영역이 없는) 케이스(150)의 제공이 용이하다.
일부 예들에서, 케이스(150)는 스테인리스 스틸, SUS304 또는 탄소강을 포함할 수 있다. 따라서, 본 개시는 알루미늄 대비 강도가 높은 스틸을 이용하여 케이스(150)를 제공함으로써, 케이스(150)의 두께를 종래에 비해 감소시킬 수 있다. 또한, 본 개시는 알루미늄 대비 열전도도가 낮은 스틸을 이용하여 케이스(150)를 제공함으로써, 이차 전지의 열전파 현상을 감소시킬 수 있다.
사이드 터미널(160N)은 집전 부재(140) 상에 용접될 수 있다. 사이드 터미널(160N)은 중공 타입 리벳(161), 내부 터미널 플레이트(162) 및 외부 터미널 플레이트(163)를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 중공 타입 리벳(161)은 캡 플레이트(170N)를 관통하여 집전 부재(140) 상에 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 중공 타입 리벳(161)의 바닥면이 집전 부재(140)에 용접될 수 있다. 이에 따라 중공 타입 리벳(161)과 집전 부재(140)의 사이에 용접 영역들(1611)이 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 중공 타입 리벳(161)은 컵 모양, 접시 모양 또는 "U" 모양을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 중공 타입 리벳(161)은 구리, 니켈, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 집전 부재(140)의 두께가 사이드 터미널(160N), 예를 들면, 중공 타입 리벳(161) 또는 중공 타입 리벳(161)의 바닥면의 두께보다 두꺼울 수 있다. 따라서, 집전 부재(140)에 중공 타입 리벳(161)이 용접될 때, 집전 부재(140)가 손상되지 않는다. 예를 들어, 집전 부재(140)의 두께가 중공 타입 리벳(161)의 두께와 유사하거나 작다면, 용접 공정중 레이저 빔에 의해 관통홀만이 형성될 뿐 용접이 이루어지지 않을 수 있다.
내부 터미널 플레이트(162)는 캡 플레이트(170N)의 내측에 위치되고, 중공 타입 리벳(161)에 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 내부 터미널 플레이트(162)는 집전 부재(140) 상에 밀착될 수 있다. 일부 예들에서, 내부 터미널 플레이트(162)는 구리, 니켈, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 외부 터미널 플레이트(163)는 캡 플레이트(170)의 외측에 위치되고, 중공 타입 리벳(161)에 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 내부 터미널 플레이트(162)는 구리, 니켈, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 캡 플레이트(170N)와 서브 플레이트(120)(집전 부재(140) 및 내부 터미널 플레이트(162)를 포함)의 사이에 내부 절연체(181)가 개재될 수 있다. 따라서, 캡 플레이트(170N)와 서브 플레이트(120)(집전 부재(140) 및 내부 터미널 플레이트(162)를 포함) 사이의 전기적 쇼트가 방지될 수 있다.
일부 예들에서, 캡 플레이트(170N)와 중공형 리벳(161) 사이에 실링 절연체(182)가 개재될 수 있다. 따라서, 캡 플레이트(170N)와 중공형 리벳(161) 사이의 전기적 쇼트가 방지되고 전해액 누액 현상이 방지될 수 있다. 일부 예들에서, 캡 플레이트(170N)와 외부 터미널 플레이트(163) 사이에 외부 절연체(183)가 개재될 수 있다. 일부 예들에서, 절연체들(181,182,183)은 전해액과 반응하지 않는 PTFE(Polytetrafluoroethylene), PPS(Polyphenylene Sulfide), PP(Polyphenylene) 또는 PEEK(Polyether ether ketone)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 캡 플레이트(170N)와 외부 터미널 플레이트(163) 사이에 외부 절연체(183) 대신 고저항 부재(예를 들면, 1MΩ 이상의 저항을 갖는 부재)가 개재될 수 있다. 따라서, 사이드 터미널(160N)과 캡 플레이트(170N) 및 케이스(150)가 동일한 극성을 가질 수 있다.
일부 예들에서, 내부 절연체(181)는 캡 플레이트(170N)와 전극 조립체(110)의 사이에 개재되어 캡 플레이트(170N)를 지지하는 지지 돌기(1811)를 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 지지 돌기(1811)는 케이스(150)의 단변부(151,152)에 가까운 영역에 제공될 수 있다.
따라서, 캡 플레이트(170N)를 케이스(150)에 용접할 때, 캡 플레이트(170N)의 둘레가 지지 돌기(1811)에 의해 안정적으로 지지되는 상태에서 용접 공정이 수행될 수 있다.
캡 플레이트(170N)는 사이드 터미널(160N)이 관통되며 케이스(150)의 제1개구(155)에 결합될 수 있다. 캡 플레이트(170N)는 터미널 홀(171)을 포함할 수 있으며, 터미널 홀(171)을 통하여 사이드 터미널(160N)중 중공 타입 리벳(161)이 관통될 수 있다. 상술한 바와 같이 중공 타입 리벳(161)과 캡 플레이트(170N)의 터미널 홀(171)의 내벽 사이에는 실링 절연체(182)가 개재될 수 있다. 일부 예들에서, 캡 플레이트(170N)는 전해액 주입을 위한 주액홀(172)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 주액홀(172)에는 주액 마개가 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 주액홀(172)과 대응되는 내부 절연체(181)에도 주액홀(1812)이 제공될 수 있다. 주액홀(1812)은 내부 절연체(181)를 중심으로 대향되는 양측에 제공됨으로써, 내부 절연체(181)의 투입 방향에 관계없이 전지 조립 공정이 양호하게 수행될 수 있다.
일부 예들에서, 캡 플레이트(170N)는 둘레를 따라 케이스(150)의 제1개구(155)에 용접(예를 들면, 레이저 용접)될 수 있다. 일부 예들에서, 캡 플레이트(170N)는 스테인리스 스틸, SUS304 또는 탄소강을 포함할 수 있다. 캡 플레이트(170N)가 케이스(150)와 동일하거나 유사한 재질이므로, 캡 플레이트(170N)가 케이스(150)에 용이하게 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 캡 플레이트(170N)는 알루미늄을 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 케이스(150)의 일측 개구(155)에 음극 사이드 터미널(160N)이 위치될 수 있다.
일부 예들에서, 캡 플레이트(170P)는 둘레를 따라 케이스(150)의 제2개구(156)에 용접(예를 들면, 레이저 용접)될 수 있다. 일부 예들에서, 캡 플레이트(170P)는 스테인리스 스틸, SUS304 또는 탄소강을 포함할 수 있다. 캡 플레이트(170P)가 케이스(150)와 동일하거나 유사한 재질이므로, 캡 플레이트(170P)가 케이스(150)에 용이하게 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 캡 플레이트(170P)는 알루미늄을 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 케이스(150)의 타측 개구(156)에 양극 사이드 터미널(160P)이 위치될 수 있다.
일부 예들에서, 음극 사이드 터미널(160N)이 음극측 캡 플레이트(170N)를 관통할 수 있고, 양극 사이드 터미널(160P)이 양극측 캡 플레이트(170P)를 관통할 수 있다.
일부 예들에서, 케이스(150) 및 캡 플레이트(170N,170P)는 스테인레스 강을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 케이스(150) 및 캡 플레이트(170N,170P)는 탄소강을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 케이스(150)는 스테인레스 강을 포함하고, 캡 플레이트(170N,170P)는 탄소강을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 케이스(150) 및 캡 플레이트(170N,170P)는 SUS304 계열을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 케이스(150)는 SUS304를 포함하고, 캡 플레이트(170N,170P)는 탄소강을 포함할 수 있다.
한편, 이차 전지(100)의 후방(또는 우측)에 구비되는 양극 사이드 터미널(160P) 및 그 주변 구조(예를 들면, 캡 플레이트, 서브 플레이트, 집전 부재 등)는 상술한 바와 음극 사이드 터미널 및 그 주변 구조와 유사하거나 동일할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 4는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지의 열전파 감소 현상을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 개시에서는 알루미늄 케이스 대비 스틸 케이스의 열전도도가 낮음으로써, 열전파 현상을 감소시킬 수 있다. 일부 예들에서, 다수의 이차 전지가 수평 방향으로 배치되어 전지 모듈을 구성할 수 있고, 다수의 이차 전지중 어느 하나의 이차 전지에 발화가 일어날 수 있다. 이때, 알루미늄 대비 스틸의 열전도도가 낮음으로써, 발화된 이차 전지의 열이 인접한 이차 전지로 전파되기 어렵다.
이와 같이 하여, 본 개시는 스틸 케이스 및 사이드 터미널을 갖는 이차 전지를 제공한다. 일례로, 본 개시는 알루미늄 케이스 대비 강도가 높은 스틸 케이스를 이용함으로써 케이스 두께를 감소시킬 수 있는 이차 전지를 제공할 수 있다. 또한, 본 개시는 알루미늄 케이스 대비 대비 열전도도가 낮은 스틸 케이스를 이용함으로써 열전파 현상을 감소시킬 수 있는 이차 전지를 제공할 수 있다.
일부 예들에서, 본 개시는 터미널들이 좌측 영역 및 우측 영역에 각각 제공되므로, 전지 냉각이 상부 영역 및 하부 영역에서 동시에 수행될 수 있어, 전지 냉각 효율이 향상될 수 있다. 종래에는, 전체 터미널들이 이차 전지의 상부에 제공됨으로써, 이차 전지의 상부 영역을 냉각시키기 어려웠다.
또한, 본 개시에 따르면, 상부 영역에 2개의 터미널들이 제공되는 이차 전지에 비해, 좌측 영역 및 우측 영역에 각각 1개의 터미널이 제공됨으로써, 공간 이용률이 향상될 수 있다. 종래에는 전체 터미널이 이차 전지의 상부에 제공됨으로써, 이차 전지의 상부 영역에 대한 공간 이용률이 저하되었다.
또한, 본 개시에 따르면, 좌측 영역 및 우측 영역에 수평 방향으로 터미널들이 각각 배치됨으로써, 충방전 전류가 수평 방향으로 흐를 수 있고, 이에 따라 전지 열화 현상이 감소될수 있다. 종래에는 전체 터미널들이 이차 전지의 상부에 제공됨으로써, 충방전 전류가 대략 "∪"형태의 경로를 가지며 흐름으로써, 이차 전지의 특정 영역이 빠르게 열화되는 문제가 있었다.
이상에서 설명한 것은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지를 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; 본 개시에 따른 예시적 이차 전지
110; 전극 조립체 120; 서브 플레이트
130; 탄성 부재 140; 집전 부재
150; 케이스 151,152; 단변부들
153,154; 장변부들 160N; 음극 사이드 터미널
170N; 음극측 캡 플레이트

Claims (11)

  1. 전극 조립체;
    양측면 방향으로 개구가 제공되고 상기 개구를 통해 상기 전극 조립체가 결합되는 스틸 재질의 케이스;
    상기 전극 조립체의 전극탭에 전기적으로 연결되는 사이드 터미널; 및
    상기 사이드 터미널이 관통되며 상기 개구에 결합되는 스틸 재질의 캡 플레이트를 포함하는, 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스 및 상기 캡 플레이트는 스테인레스 강 또는 탄소강을 포함하는, 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 스테인레스 강을 포함하고, 상기 캡 플레이트는 탄소강을 포함하는, 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스 및 상기 캡 플레이트는 SUS304 계열을 포함하는, 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 □ 형태로 절곡된 후 용접된, 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 □ 형태로 압출된, 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는
    제1단변부;
    상기 제1단변부에 대향하는 제2단변부;
    상기 제1,2단변부의 일측을 연결하는 제1장변부; 및
    상기 제1,2단변부의 타측을 연결하며 상기 제1장변부에 대향하는 제2장변부를 포함하고,
    상기 제1,2단변부의 두께는 상기 제1,2장변부의 두께보다 두꺼운, 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1단변부의 두께는 상기 제2단변부의 두께보다 두꺼운, 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1단변부는 안전벤트를 더 포함하는, 이차 전지.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 케이스는
    상기 제1,2단변부 및 상기 제1,2장변부의 일측에 제공되는 제1개구; 및
    상기 제1,2단변부 및 상기 제1,2장변부의 타측에 제공되는 제2개구를 더 포함하는, 이차 전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 사이드 터미널은 상기 제1개구에 위치된 제1사이드 터미널 및 상기 제2개구에 위치된 제2사이드 터미널을 포함하고,
    상기 캡 플레이트는 상기 제1개구에 용접되며 상기 제1사이드 터미널이 관통하는 제1캡 플레이트 및 상기 제2개구에 용접되며 상기 제2사이드 터미널이 관통하는 제2캡 플레이트를 포함하는, 이차 전지.
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