KR20230114017A - 이차전지 - Google Patents

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KR20230114017A
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case
secondary battery
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tab
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이현수
용준선
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예는 케이스 내부에서 전극 조립체의 유동을 방지할 수 있도록 전극 조립체와 케이스 사이에 탄성 복원 가능한 리테이너가 개재되는 이차전지에 관한 것이다.

Description

이차전지{secondary battery}
본 발명의 실시예는 케이스 내부에서 전극 조립체의 유동을 방지할 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비한 전극 조립체와, 일측이 개구되어 전해액과 함께 전극 조립체를 수용하는 케이스와, 케이스의 개구된 일측을 밀폐하는 캡 어셈블리를 포함한다. 이차전지의 캡 어셈블리는 전극 조립체의 양극 및 음극과 전기적으로 연결되는 양극 터미널 및 음극 터미널을 구비한다.
일반적으로 케이스 내부에 전극 조립체를 삽입하기 위해 케이스와 전극 조립체 사이에는 갭(gap)이 존재한다. 이로 인해 전극 조립체가 케이스 내부로 삽입된 후에도 갭에 의해 전극 조립체가 케이스 내부에서 고정되지 않고 유동한다는 문제가 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 발명의 실시 예는 케이스 내부에서 전극 조립체의 유동을 방지할 수 있도록 전극 조립체와 케이스 사이에 탄성 복원 가능한 리테이너가 개재되는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 일단에 음극탭이 형성되고, 타단에 양극탭이 형성된 전극 조립체; 상기 전극 조립체의 한 쌍의 장변부와 각각 마주보도록 배치되는 한 쌍의 제1 측면부와, 상기 전극 조립체의 한 쌍의 단변부와 각각 마주보도록 배치되는 한 쌍의 제2 측면부를 구비하고, 상기 음극탭 및 상기 양극탭 방향이 각각 개구된 케이스; 및 상기 단변부 중 적어도 하나와 상기 전극 조립체의 사이에 개재되며 요철 구조를 갖는 리테이너를 포함한다.
상기 음극탭 및 상기 양극탭은 상기 전극 조립체의 길이 방향 양단에 각각 형성될 수 있다.
상기 리테이너는 판 스프링일 수 있다.
상기 리테이너는 절연 재료로 형성될 수 있다.
상기 리테이너의 폭은 상기 단변부의 폭보다 작을 수 있다.
상기 전극 조립체는 음극판, 세퍼레이터, 양극판이 적층되거나 권취되어 형성될 수 있다.
상기 케이스의 개구된 양단에 각각 결합되는 한 쌍의 캡 어셈블리를 더 포함한다.
상기 리테이너는 한 쌍으로 구비될 수 있다.
상기 리테이너는 압축된 상태로 상기 케이스 내부에 삽입된 후 탄성 복원되는 것을 특징으로 한다.
상기 케이스의 개구된 일측에 결합되며 상기 음극탭과 전기적으로 연결되는 음극측 캡 어셈블리; 및 상기 케이스의 개구된 타측에 결합되며 상기 양극탭과 전기적으로 연결되는 양극측 캡 어셈블리를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전극 조립체와 케이스 사이에 탄성 복원 가능한 리테이너를 개재함으로써 전극 조립체와 케이스 사이의 조립 후 갭이 줄어들어 케이스 내부에서 전극 조립체의 유동을 방지할 수 있다.
또한, 리테이너를 전극 조립체의 한 쌍의 단변부에 부착하여 압축한 상태로 전극 조립체를 케이스 내부에 삽입함으로써 삽입 시 전극 조립체의 긁힘에 의한 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차전지를 분해하여 도시한 사시도이다.
도 3은 한 쌍의 리테이너를 전극 조립체에서 분리하여 도시한 사시도이다.
도 4는 한 쌍의 리테이너가 부착된 전극 조립체가 케이스 내부에 조립되는 공정을 도시한 정면도이다.
도 5는 전극 조립체가 케이스 내부에 조립된 후 전극 조립체와 케이스 사이에 리테이너가 개재된 상태를 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예들은 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 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 따른 이차전지에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차전지(1)는 전극 조립체(100)와 케이스(300), 한 쌍의 캡 어셈블리(500, 600)를 포함할 수 있다.
서로 마주보는 양단이 개구된 케이스(300) 내부에는 전극 조립체(100)가 수용되며, 케이스(300)의 개구된 양단 각각에 캡 어셈블리(500, 600)가 결합되어 케이스(300)를 밀폐한다. 케이스(300)의 내부에는 전해액과 함께 전극 조립체(100)가 수용된다.
전극 조립체(100)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 음극판, 세퍼레이터, 양극판이 적층되거나 권취되어 형성될 수 있다.
음극판은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 음극 기재에 흑연 또는 탄소 등의 음극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 음극 기재의 일부 영역에는 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부가 형성될 수 있으며, 음극 무지부 상에 음극탭(120)이 형성된다. 음극탭(120)은 전극 조립체(100)의 길이 방향을 따라 일측을 향하도록 형성될 수 있다.
양극판은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 양극 기재에 전이금속산화물 등의 양극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 양극 기재의 일부 영역에는 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부가 형성될 수 있으며, 양극 무지부 상에 양극탭(140)이 형성된다. 양극탭(140)은 전극 조립체(100)의 길이 방향을 따라 타측을 향하도록 형성될 수 있다. 즉, 음극탭(120)과 양극탭(140)은 전극 조립체(100)의 길이 방향을 따라 서로 반대 방향을 향하도록 양단에 각각 형성된다.
세퍼레이터는 음극판과 양극판의 사이에 배치되어 쇼트를 방지하고, 리튬 이온의 이동을 가능하게 한다. 세퍼레이터는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 복합 필름 등으로 이루어질 수 있으나, 여기에 한정되지 않는다.
케이스(300)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 일 예로, 케이스(300)는 직육면체 형상일 수 있으며, 길이 방향의 양단부가 개구된다. 구체적으로, 케이스(300)는 전극 조립체(100)의 한 쌍의 장변부(102)와 각각 마주보도록 배치되는 한 쌍의 제1 측면부(302)와, 전극 조립체(100)의 한 쌍의 단변부(104)와 각각 마주보도록 배치되는 한 쌍의 제2 측면부(304)를 구비하고, 음극탭(120) 및 양극탭(140) 방향이 각각 개구된다.
음극 측 캡 어셈블리(500)는 케이스(300)의 일단에 결합되며, 음극탭(120)에 전기적으로 연결되는 음극 터미널(520)을 포함한다. 양극 측 캡 어셈블리(600)는 케이스(300)의 타단에 결합되며, 양극탭(140)에 전기적으로 연결되는 양극 터미널(620)을 포함한다.
이와 같이, 음극탭(120) 및 양극탭(140)이 전극 조립체(100)의 길이 방향 양단에 형성되므로 음극탭(120) 및 양극탭(140)이 한쪽에 배치된 구조보다 집전 부품들의 크기를 줄일 수 있어 공간 이용률이 향상될 수 있다. 또한, 음극탭(120) 및 양극탭(140)이 전극 조립체(100)의 길이 방향 양단에 수평 방향으로 배치됨에 따라 충방전 전류가 수평 방향으로 흐르고, 이에 따라 전지 열화 현상이 감소할 수 있다.
본 발명에서는 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 케이스(300) 내부에서 전극 조립체(100)의 유동을 방지하기 위해 리테이너(200)가 개재될 수 있다. 좀더 상세하게는, 전극조립체(100)의 한 쌍의 단변부(104)와 케이스(300)의 한 쌍의 제2 측면부(304) 사이에 각각 탄성 복원 가능한 한 쌍의 리테이너(200)가 삽입된다.
본 실시 예에서 한 쌍의 리테이너(200)는 요철 구조를 갖는 판 스프링으로 이루어질 수 있다. 예시적으로, 요철 구조는 가상의 수평한 중심선을 기준으로 상기 중심선으로부터 위로 볼록한 구조와 아래로 오목한 구조가 교대로 배치된 형태일 수 있다. 위로 볼록한 구조 및 아래로 오목한 구조는 반원형, 사각형, 다각형 등의 단면 형태를 가질 수 있다. 또는 상기 중심선을 기준으로 위로 볼록한 구조와 평평한 구조 또는 아래로 오목한 구조와 평평한 구조가 교대로 배치될 수도 있다(본 발명의 도 5에서는 아래로 오목한 구조와 평평한 구조가 교대로 배치된 형태를 예시적으로 도시하였다). 한 쌍의 리테이너(200)는 절연 재료로 형성되므로 전극 조립체(100)의 음극판과 양극판 간의 쇼트를 방지할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 리테이너(200)는 전극 조립체(100)의 한 쌍의 단변부(104)에 부착될 수 있다. 한 쌍의 리테이너(200)가 부착된 전극 조립체(100)가 케이스(300) 내부로 삽입될 때, 도 4에 도시된 바와 같이 한 쌍의 리테이너(200)는 롤러(10)에 의해 압축될 수 있다. 이로 인해 한 쌍의 리테이너(200)가 부착된 전극 조립체(100)와 케이스(300)의 내측면 사이에 갭(gap)을 확보한 상태로 전극 조립체(100)를 케이스(300) 내부로 용이하게 삽입할 수 있다. 도 4에서 전극 조립체(100)와 케이스(300)의 내측면 사이의 갭은 (a)로 도시하였다.
이때, 한 쌍의 리테이터(200)가 롤러(10)에 의해 압축된 상태, 즉 펼쳐진 상태에서도 케이스(300) 내부로 용이하게 삽입될 수 있도록, 한 쌍의 리테이너(200)의 폭(W2)은 전극 조립체(100)의 한 쌍의 단변부(104)의 폭(W1)보다 작은 것이 바람직하다(W1>W2).
전극 조립체(100)가 케이스(300) 내로 삽입된 후, 한 쌍의 리테이너(200)는 전극 조립체(100)의 한 쌍의 단변부(104)와 케이스(300)의 한 쌍의 제2 측면부(304) 사이에 각각 탄성 복원된 상태로 개재될 수 있다. 이에 따라, 전극 조립체(100)와 케이스(300) 사이의 갭이 줄어들어 케이스(300) 내부에서 전극 조립체(100)의 유동이 방지될 수 있는 것이다. 도 5에서 리테이너(200)에 의해 줄어든 갭은 (a')으로 도시하였다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 전극 조립체(100)와 케이스(300) 사이에 탄성 복원 가능한 리테이너(200)를 개재함으로써 전극 조립체(100)와 케이스(300) 사이의 조립 후 갭이 줄어들어 케이스(300) 내부에서 전극 조립체(100)의 유동을 방지할 수 있다.
또한, 리테이너(200)를 전극 조립체(100)의 한 쌍의 단변부(104)에 부착하여 압축한 상태로 전극 조립체(100)를 케이스(300) 내부에 삽입함으로써 삽입 시 전극 조립체(100)의 긁힘에 의한 손상을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 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.
1: 이차전지 10: 롤러
100: 전극 조립체 102: 장변부
104: 단변부 120: 음극탭
140: 양극탭 200: 리테이너
300: 케이스 302: 제1 측면부
304: 제2 측면부 500, 600: 캡 어셈블리
520: 음극 터미널 620: 양극 터미널

Claims (10)

  1. 일단에 음극탭이 형성되고, 타단에 양극탭이 형성된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체의 한 쌍의 장변부와 각각 마주보도록 배치되는 한 쌍의 제1 측면부와, 상기 전극 조립체의 한 쌍의 단변부와 각각 마주보도록 배치되는 한 쌍의 제2 측면부를 구비하고, 상기 음극탭 및 상기 양극탭 방향이 각각 개구된 케이스; 및
    상기 단변부 중 적어도 하나와 상기 전극 조립체의 사이에 개재되며 요철 구조를 갖는 리테이너를 포함하는, 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극탭 및 상기 양극탭은 상기 전극 조립체의 길이 방향 양단에 각각 형성되는, 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 리테이너는 판 스프링인 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리테이너는 절연 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 리테이너의 폭은 상기 단변부의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 음극판, 세퍼레이터, 양극판이 적층되거나 권취되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스의 개구된 양단에 각각 결합되는 한 쌍의 캡 어셈블리를 더 포함하는, 이차전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 리테이너는 한 쌍으로 구비되는, 이차전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 리테이너는 압축된 상태로 상기 케이스 내부에 삽입된 후 탄성 복원되는 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스의 개구된 일측에 결합되며 상기 음극탭과 전기적으로 연결되는 음극측 캡 어셈블리; 및
    상기 케이스의 개구된 타측에 결합되며 상기 양극탭과 전기적으로 연결되는 양극측 캡 어셈블리를 더 포함하는, 이차전지.

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