KR20240029357A - 이차전지 - Google Patents

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KR20240029357A
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이현수
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Abstract

본 발명의 실시예는 이차전지에 관한 것으로, 육면체 형상이고, 길이 방향의 양단이 개구된 케이스; 상기 케이스에 수용되며, 길이 방향의 일단에 음극탭이 형성되고, 길이 방향의 타단에 양극탭이 형성된 전극 조립체; 상기 음극탭 및 양극탭에 각각 전기적으로 연결되고 상기 케이스의 개구된 양단에 각각 결합되는 한 쌍의 캡 어셈블리; 및 상기 전극 조립체와 상기 케이스 사이에 개제되고, 상기 음극탭 및 양극탭이 형성되지 않은 측면 쪽에 배치된 리테이너를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 캡 어셈블리가 구비되지 않은 측면 영역에 벤트를 구성하고, 벤트가 구비된 영역과 전극 조립체 사이에 디개싱 기능이 있는 리테이너를 구비하므로 케이스와의 절연 성능을 유지하면서 디개싱 구조를 제공할 수 있다.

Description

이차전지{secondary battery}
본 발명의 실시예는 디개싱 구조를 갖는 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 이차전지 내부 압력 증가 시 가스를 배출하는 디개싱(degassing)을 위한 벤트는 캡 어셈블리에 구비된다.
최근 다양한 사용자의 요구에 따라 캡 어셈블리가 케이스의 양쪽에 배치된 구조의 이차전지가 개발되고 있다. 그런데 새로운 구조의 이차전지의 경우, 캡 어셈블리가 케이스의 좌우 양측에 있어 가스 배출을 위한 디개싱 구조를 위한 유로 확보가 어려운 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 디개싱 구조를 갖는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 육면체 형상이고, 길이 방향의 양단이 개구된 케이스; 상기 케이스에 수용되며, 길이 방향의 일단에 음극탭이 형성되고, 길이 방향의 타단에 양극탭이 형성된 전극 조립체; 상기 음극탭 및 양극탭에 각각 전기적으로 연결되고 상기 케이스의 개구된 양단에 각각 결합되는 한 쌍의 캡 어셈블리; 및 상기 전극 조립체와 상기 케이스 사이에 개제되고, 상기 음극탭 및 양극탭이 형성되지 않은 측면 쪽에 배치된 리테이너를 포함할 수 있다.
상기 케이스는 장측면 중 하나에 벤트가 형성되고, 상기 리테이너는 상기 벤트의 위치에 대응하는 상기 전극 조립체의 측면 쪽에 배치되는 것이 특징이다.
상기 리테이너에는 상기 벤트의 위치에 대응하는 위치에 디개싱 홀이 관통 형성된 것이 특징이다.
상기 리테이너에는 상기 벤트의 위치에 대응하는 위치에 다수의 디개싱 홀이 관통 형성된 것이 특징이다.
상기 리테이너에는 상기 벤트의 위치에 대응하는 영역을 포함하는 영역 상에 다수의 디개싱 홀이 관통 형성된 것이 특징이다.
상기 벤트가 형성되지 않은 상기 전극 조립체의 측면 쪽에 배치되는 서브 리테이너를 더 포함할 수 있다.
상기 리테이너 및 서브 리테이너는 시트 형태로, 상기 전극 조립체에 부착되는 것이 특징이다.
상기 리테이너 및 서브 리테이너는 절연 소재로 만들어진 것이 특징이다.
상기 리테이너 및 서브 리테이너는 동일한 형상인 것이 특징이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 캡 어셈블리가 구비되지 않은 측면 영역에 벤트를 구성하고, 벤트가 구비된 영역과 전극 조립체 사이에 디개싱 기능이 있는 리테이너를 구비하므로 케이스와의 절연 성능을 유지하면서 디개싱 구조를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 이차전지의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 따른 이차전지의 디개싱 구조 및 가스 배출 방향을 도시한 부분 사시도이다.
도 4는 도 1에 따른 이차전지의 디개싱 부위를 도시한 평면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 리테이너를 도시한 평면도이다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다. 도 2는 도 1에 따른 이차전지의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(10)는 각형의 케이스(100)와, 케이스(100)에 수용되는 전극 조립체(200)와, 케이스(100)에 결합되는 한 쌍의 캡 어셈블리(300, 400)를 포함할 수 있다. 케이스(100)와 전극 조립체(200) 사이에 리테이너(500)가 삽입될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 케이스(100)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 예시적으로, 케이스(100)는 직육면체 형상이고, 가장 넓은 면적을 갖는 전면(110) 및 후면, 장측면인 상면(120) 및 하면을 가질 수 있다. 케이스(100)의 단측면인 길이 방향 양단은 개구된 형태일 수 있다. 개구된 양단에 한 쌍의 캡 어셈블리(300, 400)가 각각 결합된다. 장측면 중 상면(120)에는 벤트(122)가 형성될 수 있다.
벤트(122)는 도 1 또는 도 2를 기준으로 상면(120)에 형성될 수 있다. 그러나 케이스(100) 설치 방향에 따라 하면에 형성될 수도 있다(이 경우 하면이 위로 가도록 배치될 수 있다). 벤트(122)는 이차전지(10) 내부 압력 증가 시 가스 배출 기능인 디개싱(degassing)을 위한 구조이다. 내부 압력 증가 시 벤트(122)가 파단되어 이차전지(10) 내부의 가스가 외부로 배출될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(200)는 얇은 판형 또는 막형의 음극판, 세퍼레이터, 양극판이 적층되거나 권취되어 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 전극 조립체(200)의 외관은 직육면체 형태가 될 수 있다. 따라서 전극 조립체(200)는 도 2를 기준으로 상대적으로 가장 넓은 면적을 갖는 전면(210) 및 후면, 장측면인 상면(220) 및 하면, 단측면인 좌측면(230) 및 우측면을 갖는다. 전극 조립체(200)를 형성한 후 형태를 유지하기 위하여 외부에 복수의 마감 테이프(250)를 부착할 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 있다. 음극 무지부 상에 음극탭(240)이 형성되거나 연결될 수 있다. 음극탭(240)은 전극 조립체(200)의 길이 방향 일단부인 좌측면(230)을 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 있다. 양극 무지부 상에 양극탭이 형성되거나 연결될 수 있다. 양극탭은 전극 조립체(200)의 길이 방향 타단부인 우측면을 향하도록 형성될 수 있다(양극탭은 도면 각도상 도시되지 않음). 즉, 음극탭(240)과 양극탭은 서로 반대 방향을 향하도록 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.
이와 같이, 음극탭(240)과 양극탭이 전극 조립체(200)의 길이 방향 양단에 형성되므로, 음극탭 및 양극탭이 한쪽에 배치된 구조보다 집전 부품들의 크기를 줄일 수 있다. 이에 따라 케이스(100) 내부의 공간 이용율이 향상될 수 있다. 전술한 음극탭(240)은 제1 캡 어셈블리(300)와 전기적으로 연결되고, 양극탭은 제2 캡 어셈블리(400)와 전기적으로 연결된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 캡 어셈블리(300)는 음극탭(240)과 전기적으로 연결되는 음극 단자(310)를 구비할 수 있다. 제1 캡 어셈블리(300)는 케이스(100)의 길이 방향 일단에 결합되어 케이스(100)를 밀봉할 수 있다. 제2 캡 어셈블리(400)는 양극탭과 전기적으로 연결되는 양극 단자(410)를 구비할 수 있다. 제2 캡 어셈블리(400)는 제1 캡 어셈블리(300)와 마주보는 케이스(100)의 길이 방향 타단에 결합되어 케이스(100)를 밀봉할 수 있다.
한편, 본 발명의 이차전지(10)에는 전술한 바와 같이 리테이너(500)가 구비될 수 있다. 리테이너(500)는 케이스(100) 내부에서 전극 조립체(200)의 유동을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 도 2와 같이, 리테이너(500)는 전극 조립체(200)의 음극탭 또는 양극탭이 형성되지 않은 장측면 중 상면과 케이스(100)의 장측면인 상면 사이에 배치될 수 있다. 도면에 도시되지는 않았으나, 리테이너(500)는 한 쌍으로 구비되어 전극 조립체(200)의 상하면과 케이스(100)의 상하면 사이에 각각 배치될 수도 있다. 이때, 한 쌍의 리테이너(500)는 동일한 형태를 가질 수 있다(하면 쪽의 리테이너를 편의상 서브 리테이너로 지칭함). 예시적으로, 리테이너(500)는 케이스(100) 상면(120)의 크기보다 작은 크기의 직사각형 형상일 수 있다(도 4 참조). 또한, 예시적으로 리테이너(500)는 전극 조립체(200)의 상면에 부착될 수 있다. 이를 위해, 리테이너(500)는 절연 소재의 시트 형태일 수 있고, 접착층은 전극 조립체(200)와 부착되는 면에만 구비될 수도 있고 케이스(100)를 향하는 면에도 구비될 수 있다. 리테이너(500)에 의해 가스 배출 영역(도면에 Degassing area로 도시)이 폐쇄되지 않도록, 리테이너(500) 상에는 벤트(122)의 위치에 대응하여 디개싱 홀(510)이 관통 형성될 수 있다. 가스 배출 영역은 벤트(122)가 파단되어 케이스(100) 상에 형성되는 관통홀 영역을 대략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 따른 이차전지의 디개싱 구조 및 가스 배출 방향을 도시한 부분 사시도이다. 도 4는 도 1에 따른 이차전지의 디개싱 부위를 도시한 평면도이다. 도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 리테이너를 도시한 평면도이다.
먼저 도 3에 도시된 바와 같이, 이차전지(10) 내부에서 가스가 발생하면, 가스압에 의해 벤트(122)가 파단되면서 가스가 케이스(100)의 상면(120)으로 배출된다. 가스가 배출될 수 있는 곳이 벤트(122) 뿐이므로 가스 배출 방향은 벤트(122)를 향하게 된다. 벤트(122)가 파단되어 형성된 관통홀이 가스 배출 영역이 된다. 가스 배출 영역에 대응하여 리테이너(500)에는 다양한 형태의 디개싱 홀(510)이 관통 형성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 리테이너(500)는 대략 타원 형태로 관통 형성된 디개싱 홀(510)을 구비할 수 있다. 예시적으로, 디개싱 홀(510)은 가스 배출 영역보다 작거나 같은 크기로 형성될 수 있다. 리테이너(500)가 전극 조립체(200)에 부착되나 디개싱 홀(510)을 구비하므로 전극 조립체(200) 내부에서 발생한 가스가 디개싱 홀(510)을 통해 가스 배출 영역 외부로 배출될 수 있다.
또는, 도 6에 도시된 바와 같이, 리테이너(500a)는 가스 배출 영역 내에 원형으로 관통 형성된 다수의 디개싱 홀(510a)을 구비할 수 있다. 예시적으로, 다수의 디개싱 홀(510a) 전체의 면적은 가스 배출 영역보다 작을 수 있다.
또는, 도 7에 도시된 바와 같이, 리테이너(500b)는 가스 배출 영역보다 넓은 영역에 원형으로 관통 형성된 다수의 디개싱 홀(510b)을 구비할 수 있다. 예시적으로, 다수의 디개싱 홀(510b) 전체의 면적은 가스 배출 영역보다 클 수 있다.
이와 같이, 리테이너(500)에 디개싱 홀이 관통 형성되므로, 리테이너(500)에 의해 가스 배출 영역이 폐쇄되지 않아 원활환 가스 배출이 가능해진다.
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.
10: 이차전지 100: 케이스
122: 벤트 200: 전극 조립체
300: 제1 캡 어셈블리 400: 제2 캡 어셈블리
500: 리테이너 510: 디개싱 홀

Claims (9)

  1. 육면체 형상이고, 길이 방향의 양단이 개구된 케이스;
    상기 케이스에 수용되며, 길이 방향의 일단에 음극탭이 형성되고, 길이 방향의 타단에 양극탭이 형성된 전극 조립체;
    상기 음극탭 및 양극탭에 각각 전기적으로 연결되고 상기 케이스의 개구된 양단에 각각 결합되는 한 쌍의 캡 어셈블리; 및
    상기 전극 조립체와 상기 케이스 사이에 개제되고, 상기 음극탭 및 양극탭이 형성되지 않은 측면 쪽에 배치된 리테이너를 포함하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 장측면 중 하나에 벤트가 형성되고, 상기 리테이너는 상기 벤트의 위치에 대응하는 상기 전극 조립체의 측면 쪽에 배치되는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 리테이너에는 상기 벤트의 위치에 대응하는 위치에 디개싱 홀이 관통 형성된 이차전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 리테이너에는 상기 벤트의 위치에 대응하는 위치에 다수의 디개싱 홀이 관통 형성된 이차전지.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 리테이너에는 상기 벤트의 위치에 대응하는 영역을 포함하는 영역 상에 다수의 디개싱 홀이 관통 형성된 이차전지.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벤트가 형성되지 않은 상기 전극 조립체의 측면 쪽에 배치되는 서브 리테이너를 더 포함하는 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 리테이너 및 서브 리테이너는 시트 형태로, 상기 전극 조립체에 부착되는 이차전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 리테이너 및 서브 리테이너는 절연 소재로 만들어진 이차전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 리테이너 및 서브 리테이너는 동일한 형상인 이차전지.
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