WO2019107784A1 - 열전도성 수지로 채워진 중공을 가지는 이차전지 - Google Patents

열전도성 수지로 채워진 중공을 가지는 이차전지 Download PDF

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secondary battery
conductive resin
thermally conductive
electrode assembly
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김형권
김상욱
허하영
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery having a hollow filled with a thermally conductive resin, and a secondary battery having improved heat dissipation performance.
  • 15 secondary battery is classified into a cylindrical battery and a prismatic battery in which an electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can according to the shape of the battery case and a pouch-type battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet do.
  • the cylindrical battery and the prismatic battery have been used in various devices due to their geometrical characteristics
  • an electrode assembly embedded in a cylindrical or prismatic battery is a charge / dischargeable power generating device composed of a lamination structure of a cathode / separator / cathode. After a separator is interposed between a cathode and an anode of a long sheet type coated with an active material, Roll in the form of a jelly-roll
  • Such a jelly-roll type electrode assembly has advantages of being easy to manufacture and having an energy density of 25 per weight
  • the secondary battery dissipates heat generated during charge / inversion through the case to the outside.
  • the heat dissipation characteristics of such a secondary battery are important enough to determine the performance of the battery.
  • the secondary battery has poor heat dissipation at the central portion, and the temperature of this portion is the highest.
  • the length from the center to the cell surface becomes long, and a temperature gradient 5, which means that the temperature becomes higher as the battery is oriented from the surface of the battery, is increased. If the temperature of the battery becomes too high due to the temperature rise of the battery, the battery performance is deteriorated.
  • a cylindrical or prismatic battery case is made of medium- or large-sized battery, if the heat in the center of the cell is so difficult structure to be discharged to the outside, performing 10 repetitive charging and discharging the heat generation is promoted from the center portion, it can be reduced, the secondary battery life And may further cause ignition or explosion of the secondary battery.
  • a hollow is formed in the center of a cylindrical or prismatic battery to allow air to pass therethrough, thereby improving the cooling performance of the center portion, which is difficult to cool
  • the present invention has been made to overcome the above-mentioned problems of the prior art and the 25 technical problems that have been demanded from the past.
  • the secondary battery according to the present invention includes an electrode assembly ('jelly-roll') having a structure in which a cathode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode are wound together;
  • a can body in which a hollow is formed with one side open inside thereof and the electrode assembly is embedded in a form to surround the hollow;
  • a top cover mounted on an open upper end portion of the can body to seal the can body
  • one of the bottom portion of the can body and the top cover is formed with a through-hole communicating with the hollow of the can body
  • the hollow has a structure extending from the bottom of the can main body or the top cover in a direction in which the electrode assembly is embedded, and one side thereof is clogged, so that the hollow can be filled with the thermally conductive resin.
  • the thermally conductive resin can be filled in at least 70%, more specifically at least 90%, of the hollow total volume.
  • the secondary battery according to the present invention can emit heat through the conduction having the best heat radiation characteristic by filling the hollow thermocouple resin formed at the center of the battery, so that the cooling efficiency at the center can be further improved.
  • the heat dissipation characteristics are conduction> conduction> conduction.
  • the thermally conductive resin that can maximize the effect according to this invention is, while a material having a thermal conductivity, not limited if the case of a solid at room temperature, for example, and a urethane or silicon as a base material, an alumina (at 11111 ⁇ 3 ) Or boron nitride (8 0 1 011 ).
  • thermoconductive resin has a thermal conductivity at room temperature of 1.1 DON 3.0 have.
  • the thermal conductivity is lower than the above range, the cooling effect intended by the present invention can not be achieved, and a resin having a thermal conductivity outside the above range is not preferable because it is difficult to commercialize.
  • the conduction of the thermally conductive resin further enhances the cooling effect 2019/107784 1 » (: 1 ⁇ ⁇ 2018/013469
  • the secondary battery may further include a metal rod inserted into the hollow so that one end thereof is in contact with the thermally conductive resin and the other end is exposed to the outside of the hollow.
  • the thermally conductive resin can not be filled so as to be exposed to the outside from the hollow of the secondary battery, and the effect of coexisting by the outside air can not be obtained.
  • a metal rod which contacts the 5-thermally conductive resin Heat is released from the thermally conductive resin to the metal rod, and the metal rod is exposed to the outside, so that the effect of air cooling can be exhibited, thereby further maximizing the cooling effect.
  • the thermal contact area of the conductive resin and the metal rod may be up to 50%, based on the total surface area of the metal rod 10.
  • the thermally conductive resin is preferentially filled in the hollow, and a metal rod is inserted into the hollow, whereby the other end of the metal rod can rub against the outside air. Otherwise, when the rod is fully inserted into the heat-conductive resin beyond the above range, the air-cooling effect of the external exposure 15 is undesirable not be obtained.
  • the metal rod may be smaller than the hollow inner diameter so that the metal rod can be inserted into the hollow to contact the thermally conductive resin filled in the hollow.
  • the metal rod is not limited as long as it is a material having good thermal conductivity, but may be a highly conductive material such as copper or aluminum ( 111 11111).
  • the hollow may have a size corresponding to the inner diameter of the wound electrode assembly.
  • &quot means the same or substantially the same degree, and it is understood that, depending on the structure, the wound electrode assembly is smaller than or equal to the inner diameter of the electrode assembly wound to such an extent that it can be inserted into the hollow can body Range, and a deviation within a range that minimizes the reduction of the capacity by 25 .
  • the upper insulator and the lower insulator may be interposed between the upper surface and the lower surface of the electrode assembly. At this time, any one of the upper insulator and the lower insulator so that the through sphere and formed in the corresponding one, may have a through hole 30 corresponding to the size of the hollow is formed. 2019/107784 1 »(: 1 ⁇ ⁇ 2018/013469
  • the secondary battery according to the present invention having such a structure may be a prismatic battery or a cylindrical battery.
  • the structure is the same as that of a general cylindrical battery or prismatic battery except that the hollow structure and the thermally conductive resin are filled in the hollow structure.
  • the top cover includes a top cap coupled to an open end of the can body and disposed in a protruding shape at the top to form a cathode terminal; And an electrode lead disposed at a lower portion of the top cap and extending from the electrode assembly, wherein a resistance value varies depending on temperature Device.
  • the present invention also provides a secondary battery pack having a structure for more effectively achieving the heat radiation effect intended by the present invention in a secondary battery pack including at least two of the secondary batteries.
  • the secondary battery pack is a battery pack including two or more secondary batteries
  • the secondary battery includes an electrode assembly ('jelly-roll') having a structure in which an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode are wound together;
  • a can body in which a hollow is formed in a shape that one side is closed and the electrode assembly is embedded in a shape of wrapping the hollow;
  • a top cover mounted on an open upper end portion of the can body to seal the can body
  • one of the bottom portion of the can body and the top cover is formed with a through-hole communicating with the hollow of the can body
  • the thermally conductive resin is filled in an amount of 50% or more of the hollow total volume
  • the thermally conductive resin may have a structure in contact with a pack terminal electrically connecting two or more secondary batteries.
  • the pack terminal may include a convex portion partially inserted into the hollow at a portion corresponding to the hollow of the secondary battery, and the convex portion may be in contact with the thermally conductive resin in the hollow . That is, when the pack terminal includes the convex portion, the contact area with the thermally conductive resin is widened and can be inserted and fixed in the hollow, 2019/107784 1 » (: 1 ⁇ ⁇ 2018/013469
  • the cooling system may be a cooling system of air-cooling or water-cooling, but it is more preferable that water-cooling capable of cooling 10 is better than air-cooling for better heat radiation effect.
  • the secondary battery pack when the secondary battery pack further includes a metal rod that contacts the secondary battery-heating conductive resin, the secondary battery pack includes at least two secondary batteries,
  • the secondary battery includes an electrode assembly ('jelly-roll') having an anode, a cathode, and a separation membrane 15 interposed between the anode and the cathode;
  • a can body in which a hollow is formed in a shape in which one side is clogged, and the electrode assembly is embedded in the form of wrapping the hollow,
  • a top cover mounted on an open upper end portion of the can body to seal the can body
  • a through-hole communicating with the hollow of the can body is formed in any one of the bottom portion and the top cover of the can body
  • the thermally conductive resin is filled in an amount of 50% or more of the hollow total volume
  • the heat-conductive resin and the contact 25 and the other end is a metal rod inserted into the hollow so that the exposure of a hollow external, may have a structure that is coupled to the pack terminal to the other end of the metal rod is electrically connected to two or more secondary cells.
  • connection of the metal rod and the pack terminal may be performed by welding or mechanical fastening.
  • the mechanical fastening can be achieved by forming a fastening groove corresponding to the size of the metal rod in the pack terminal like a male-female coupling.
  • the pack terminal is connected to (+) terminals or (-) terminals of the secondary batteries for electrical connection of two or more secondary batteries.
  • the pack terminal is not limited and the type thereof is determined depending on the properties of the terminal.
  • it may be made of nickel , Specifically, copper, nickel, nickel and copper clad, copper, and others are used.
  • Metal alloy, and the metal rod may be a highly conductive material such as copper or aluminum.
  • a cylindrical battery or a prismatic battery has a (+) terminal at an upper portion and a (-) terminal at a lower portion , and a through hole communicating with the hollow of the secondary battery is formed in a bottom portion of the can body (-) terminal may have a fastening groove structure in which a pack terminal is fastened to the convex portion or the metal rod, and if a through hole communicating with the hollow of the secondary battery is formed in the top cover, And a pack terminal connected to the protruding portion or the metal bar.
  • the secondary battery pack is not limited and may be applied to various devices in which lithium secondary batteries can be used at present. More particularly, the present invention relates to a secondary battery pack for a power tool having a large temperature rise during discharging, And may be used for an electric vehicle in which a water-cooling or air-cooling cooling system is applied to the battery.
  • the secondary battery according to the present invention can be manufactured, for example, by preparing an electrode assembly in a can body having a hollow formed thereon and a top cover, and filling the hollow thermally conductive resin paste to a desired hollow height Drying the paste, or hardening the paste, inserting a metal rod so that the paste comes in contact with one end of the paste before hardening the paste, and then hardening the paste.
  • the secondary battery pack may be provided with a pack terminal having a convex portion, So as to be fitted 2019/107784 1 »(: 1 ⁇ ⁇ 2018/013469
  • the secondary battery in which a metal rod is inserted, can be manufactured by arranging the secondary battery by inserting a metal rod in the coupling groove of the pack terminal by preparing a pack terminal having a fastening groove to which the metal rod is coupled.
  • the secondary battery according to the present invention can obtain a heat radiating effect by heat conduction by filling the hollow formed in the can main body with the thermoconductive resin at 50% or more of the total volume, have.
  • the secondary battery pack according to the present invention can maximize heat dissipation effect due to heat conduction at the same time as electrical connection of the secondary batteries through the pack terminal in contact with the thermally conductive resin of the secondary battery, .
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a cylindrical rechargeable battery according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a cylindrical secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a prismatic secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of a secondary battery pack including the cylindrical secondary batteries of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of a secondary battery pack including the cylindrical secondary batteries of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of a secondary battery pack including the cylindrical secondary batteries of FIG. 2.
  • FIG. 1 schematically illustrates a schematic cross-sectional view of a cylindrical rechargeable battery according to one embodiment.
  • a secondary battery 100 includes a can main body 120 having an electrode assembly 110 and an electrolyte 10 therein, a can main body 120 mounted on an open upper end of the can main body 120, And a top cover 130 for sealing the top cover 130 .
  • the anode 111 and the cathode 112 are disposed with the separator 113 interposed therebetween and housed in the can main body 120. At this time, the electrode assembly 110 is formed in a jelly- And is wound and arranged in the form of wrapping the hollow 121 .
  • the electrodes of the electrode assembly 110 are formed as a structure in which an electrode mixture is applied to the current collector, and the electrode mixture may include an active material, a binder, a conductive material, and other plasticizers.
  • electrode leads corresponding to 20 are attached to the uncoated portion.
  • positive electrode lead 114 is attached to the top of the electrode assembly 110 is electrically connected to the top cover 130
  • a negative electrode lead (not shown) is attached to the lower end of the electrode assembly 110, the can body 120 As shown in FIG.
  • an upper insulator 123 is disposed on the upper surface of the electrode assembly 110 .
  • a lower insulator is interposed. At this time, if the one below the hollow is in communication with the bottom portion of the can body 120, the lower insulator has a through-hole corresponding to the hollow size is formed, when the hollow is in communication with the top cover 130, an upper insulator (123 ) , A through-hole corresponding to the size of the hollow is formed
  • a through hole is formed in the lower insulator 30 bar in which a hollow to be described later is communicated with the bottom of the can body 120 .
  • the can body 120 may be made of a lightweight conductive metal such as aluminum, stainless steel, or an alloy thereof, and a bead 122 for fixing the electrode assembly 110 is formed at an upper end thereof.
  • the formation of the portion 122 is not essential.
  • the can body 120 has a hollow 121 formed therein.
  • the hollow 121 means space.
  • the hollow 121 is formed at the center of the can main body 120 and extends through the bottom portion.
  • the hollow 121 in Fig. 1 communicates with the bottom of the can main body 120 , 10 is closed by the upper insulating plate 123 and the top cover 130.
  • the hollow may communicate with the top cover, in which case the hollow may be sealed by the bottom surface of the lower insulating plate and the can body
  • the hollow 121 having one side closed is filled with the thermally conductive resin 140 at 50% or more of the total volume.
  • the secondary battery 100 having such a structure absorbs the heat generated from the secondary battery 100 in the hollow as compared with the conventional structure by the thermally conductive resin 140 filled in the hollow 15 , The cooling efficiency of the central portion can be further enhanced.
  • the thermally conductive resin filled in the hollow is contacted with a metal rod made of a metal material or a metal of a 20- pack terminal electrically connecting the secondary batteries to make it easier to discharge heat to the outside, .
  • the top cover 130 includes a top cap 131 that is disposed at the top of the top cover 130 so as to protrude upward and forms a positive terminal, a safety cap 131 that is deformed in shape by the internal pressure of the secondary battery 100, 132, that is a normal state, the contact 25 and the safety vent 132, when the gas generating internal pressure is increased breaking current is the electrical connection between the safety vent 132, blocking member 133, and top cap 131, And a gasket 134 surrounding the rim of the safety vent 132.
  • the present invention is not limited to this configuration, and it is needless to say that the components of the conventional cylindrical rechargeable battery may be included.
  • a cylindrical secondary battery according to another embodiment of the present invention 2019/107784 1 »(: 1 ⁇ ⁇ 2018/013469
  • a schematic cross-section is shown diagrammatically.
  • the secondary battery 100 shown in FIG. 2, has a structure in which a thermally conductive resin 140 is filled in the hollow 121 'formed in the can body 120, have.
  • the thermally conductive resin 140 ' is filled with approximately 80% of the total volume of the silver balls 121, and the thermoconductive resin (() filled in the hollow 121, which communicates with the bottom of the can body 120
  • the metal rod 150 is inserted into the terminal of the thermally conductive resin 140 so that one end thereof contacts the thermally conductive resin 140 and the other end thereof is exposed to the outside of the hollow 121.
  • the metal rod 150 is not limited to be in contact with the thermally conductive resin 140, but is inserted into the thermally conductive resin 140 to widen the contact area with the thermally conductive resin 140, Lt; / RTI > structure. At this time, the contact area may be 50% or less based on the entire surface area of the metal rod 150.
  • the metal rod 150 is not limited as long as it is a metallic material having excellent thermal conductivity, but it may be a highly conductive material such as copper (burr or aluminum alloy 111111 [111111] ).
  • the secondary battery 100 having such a structure is formed by the thermally conductive resin 140 filled in the hollow and the metal rod 150 contacting with the heat conductive resin 140 and the heat generated from the secondary battery 100, Can be absorbed even in the hollow, and can be discharged to the outside through the conduction with the highest heat radiation efficiency, so that the cooling efficiency at the center can be further improved.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a prismatic secondary battery according to the present invention.
  • the secondary battery 200 includes an electrode assembly 210 including a cathode 211, a cathode 212, and a separation membrane 213 interposed between the anode 211 and the cathode 212 And a top cover 230 mounted on the open upper end of the can main body 220 to seal the can main body 220.
  • the electrode assembly 210 is flatly wound and disposed in the form of a jelly-roll wrapping a hollow 221 to be described later.
  • the configuration and manufacturing method of the electrodes is similar to that described in the Figure 1, the prismatic secondary battery 200 of FIG. 3, a positive electrode lead attached to the uncoated portion of the electrode and the cathode 5 leads the both ends of the electrode assembly 210 And is electrically connected to the positive electrode terminal 232 and the negative electrode terminal 233 which are attached to the upper end of the electrode assembly 210 so as to protrude from the upper portion of the top cover 230 .
  • the hollow 221 is filled with the thermally conductive resin 240 at 50% or more of the total volume.
  • the thermoconductive resin 240 may be filled to the fifteenth through-hole of the top cover 230 by the thickness.
  • the prismatic secondary battery 200 according to the present invention also absorbs heat generated from the secondary battery 200 in the hollow as compared with the conventional structure, and can discharge the heat to the outside through the conduction with the highest heat radiation efficiency The cooling efficiency in the center of the bar can be further improved.
  • the heat radiation effect may be further improved by contact with the pack terminals .
  • the pack terminals are formed so that the anode terminals are in contact with each other between the anode terminals in parallel on the upper surface of the prismatic secondary cells.
  • FIG. 4 a secondary battery pack 300 including the cylindrical secondary batteries 100 of FIG. 1 is illustrated in FIG. 4 to illustrate examples of structures for improving the heat radiation effect when the secondary battery pack is constructed using such secondary batteries. Is schematically shown.
  • a 30 secondary battery pack 300 includes: a secondary battery 100 according to the present invention; These positive electrode leads and 2019/107784 1 » (: 1 ⁇ ⁇ 2018/013469
  • constituent elements of the secondary battery pack may be further varied, but in order to further illustrate the essence of the present invention, other components except the constituent elements are omitted in the drawings.
  • the secondary batteries 100 may be arranged in a standing manner at predetermined intervals, and unlike the drawing, they may be arranged in a larger number or in various forms as needed.
  • the secondary batteries 100 arranged in this way are electrically connected by the pack terminals 310 and 320 .
  • the secondary battery 100 are, as described in the shopping center, and the hollow 121 formed within the can body 120, such a hollow 121, in communication with the bottom portion of the can body 120 bar, the thermally conductive resin (140) filled in the hollow (121) having the structure is contacted to the negative electrode pack terminal 320 to electrically connect the secondary battery 100 at the bottom surface 15 of the can body 120.
  • Cathode pack terminal 320 is in the same plane in the form of flat plate may be in the form, but, more hollow 121 also neolhimyeonseo the contact area with the heat-conductive resin 140 in the inside, the can body 120 with the common pack terminal It is inserted into the hollow 121 to firmly secure than the 20 secondary battery 100, a part of the insertion convex portion 321 is in the hollow 121 at the portion corresponding to the hollow 121 of the secondary battery 100 And the distal end of the convex portion 321 is in contact with the thermally conductive resin 140 in the hollow 121 .
  • the positive electrode pack terminal 310 and the negative electrode pack terminal 320 is 25, and one each of the metallic member, specifically, the positive electrode pack terminal 310 may be made of a nickel ⁇ 1 1), the negative electrode pack terminals (320 selected from a) and the cladding ((kkeukeu 1), copper (coppeG) and the other group consisting of an alloy of the metal of copper (copper);) are, specifically, Cu (copper), Ni-no), nickel (111 ⁇ Or the like.
  • the convex portion 321 formed on the negative electrode pack terminal 310 may be made of the same material pack negative electrode terminal 310, and 30, or copper (copper) or 2019/107784 1 »(: 1 ⁇ ⁇ 2018/013469
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a secondary battery pack 400 including the cylindrical secondary batteries 100 of FIG.
  • a secondary battery pack 400 includes a secondary battery 100 according to the present invention; A positive electrode pack terminal 410 electrically connected to the secondary batteries 100 'in a top cover 130 electrically connected to the positive electrode leads, and a can body 120 electrically connected to a negative electrode lead of the secondary batteries, And a negative electrode pack terminal 420 electrically connecting the secondary batteries 100 to the bottom surface of the battery pack 100.
  • the secondary batteries 100 are electrically connected by the pack terminals 410 and 420 in a standing position.
  • the secondary battery 100 ' has a hollow 121' formed inside the can body 120 'as described above, and the hollow 121'
  • the hollow 121 is filled with a thermally conductive resin 140 '.
  • the thermally conductive resin 140' is inserted into the hollow so that one end thereof is in contact with the thermally conductive resin and the other end thereof is exposed to the outside of the hollow.
  • the metal rod 150 has a structure including a metal rod 150 'that contacts the cathode pack terminal 420 electrically connecting the secondary batteries 100, at the bottom surface of the can body 120, do.
  • the cathode pack terminal 420 is formed in the form of a flat plate, the secondary batteries 100, including the metal rod 150, can be more firmly fixed, and the metal rod 150 can be inserted, And the metal rod 150 'and the sound-extender pack terminal 420 are mechanically fastened.
  • the materials of the positive electrode pack terminal 310 and the negative electrode pack terminal 320 are as described above.
  • the thermally conductive resin 140 'of the secondary batteries 100' is made of metal having a high thermal conductivity through the metal rod 150, and contacts the cathode pack terminal 420 having a large area, thereby exhibiting a further improved heat radiation effect .
  • the secondary battery packs having the above-described structure are formed by pack terminals, 2019/107784 1 » (: 1 ⁇ ⁇ 2018/013469
  • the mixture slurry was prepared, coated on copper foil, dried and compressed to prepare a negative electrode.
  • a polymer obtained by polymerizing urethane and alumina as a thermally conductive resin is injected in a molten state at 90% of the hollow volume, and a metal rod made of aluminum is inserted into contact with the end of the thermally conductive resin (contact portion is 30% by and guthim drying the thermally conductive resin to prepare a secondary cell having a structure as shown in Fig. 2.
  • Example 1 without filling the hollow of the cylindrical case with the thermally conductive resin, 2019/107784 1 » (: 1/10 ⁇ 018/013469
  • a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that it was left empty
  • Example 1 hagoneun Example 1 was one prepared a rechargeable battery gwadong except that the cylindrical casing is not a hollow fiber is formed.
  • Example 1 and Comparative Example 1 when the forced convection of the secondary batteries prepared in 2, the natural convection during, water cooling when the surface temperature of the secondary battery, a core temperature, temperature difference, time taken to reach the reference temperature, 1 Amata after returning And the time taken to charge the battery before and after the first stage are shown in Tables 1 to 3 below
  • silver means the maximum surface temperature
  • 12 means the core maximum temperature
  • ? Means the difference between the maximum temperature of the surface region and the maximum internal temperature.
  • the time taken to reach the reference temperature (75 d) is the to mean the operating time (11111 acid 1), the temperature of the secondary battery during the discharge 75 (: setting so that the discharge is stopped if more than The discharge time of the rechargeable battery after the first discharge reaches 751 : and the discharging is terminated.
  • the discharge wait time after discharging is set at 7510 to set the discharging to be started at a temperature below a certain level until the charging is actually started Time is measured.
  • the natural convection conditions in Table 1 are measured at 0 111/3
  • the forced convection conditions in Table 2 are measured at 3 8
  • the water-cooling conditions in Table 3 are measured at a water temperature of 23 ° C .
  • the secondary battery according to the present invention has a relatively low temperature in the secondary battery core as compared with the secondary battery manufactured in the comparative example.
  • the difference between the core temperature and the surface temperature of the core of Comparative Example 1 is slightly lower than that of Example 1, but it can be confirmed that the surface temperature of Example 1 does not reach 75 degrees .
  • the operating time of the secondary battery according to the present invention according to Example 1 is longer than that of Comparative Example 1 in which the hollow is empty. It is preferable that the operation time is longer because the operation time is longer as the heat generation is lower. On the other hand, the operation time is shorter than that of Comparative Example 2 in which the hollow is not formed. This is because, in the case of a battery including a hollow, the capacity is reduced by the size of the hollow, and the current density per unit area of the same output is increased, , 1111 Acid 1116 has a meaning as compared with Comparative Example 1. [
  • the recharging standby time and the charging standby time show how well the cooling is performed. It can be seen that the recharging standby time and the charging standby time of the secondary battery according to the present invention are both shorter than those of the comparative examples.

Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극에 개재된 분리막이 함께 권취된 구조의 전극조립체 ('젤리-롤'); 내부에 일측이 개방된 형태의 중공이 형성되어 있고, 상기 전극조립체가 상기 중공을 감싸는 형태로 내장되는 캔 본체; 및 상기 캔 본체의 개방 상단부에 탑재되어 캔 본체를 밀폐하는 탑 커버;를 포함하고, 상기 캔 본체의 바닥부 및 탑 커버 중 어느 하나는 상기 캔 본체의 중공과 연통되는 관통구가 형성되어 있으며, 상기 중공 전체 부피에 대하여 50% 이상에 열전도성 수지가 채워져 있는 이차전지 및 이를 포함하는 이차전지팩을 제공한다.

Description

2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
【발명의 명칭】
열전도성 수지로 채워진 중공을가지는 이차전지
【기술분야】
관련 출원（들）과의 상호 인용
5 본 출원은 2017년 12월 1일자 한국 특허 출원 제 10-2017-0164546호에 기초한우선권의 이익을주장하며，해당한국특허 출원의 문헌에 개시된모든 내용은본명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 열전도성 수지로 채워진 중공을 가지는 이차전지로서, 방열 성능이 향상된이차전지에 관한것이다.
10 【발명 기술】
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고,그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 ）륨 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고또한상용화되어 널리 사용되고 있다.
15 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라， 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와， 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 이 중 원통형 전지 및 각형 전지는， 형상적인 특징에 기인하여 다양한디바이스에 적용되어 사용되고 있다
20 일반적으로 원통형 또는 각형 전지에 내장되는 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극사이에 분리막을 개재한후,권심을 기준으로권취한 젤리-롤 형태로 이루어진다
이러한 젤리-롤 형태의 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 25 밀도가높은장점을가지고 있다
그러나, 이차전지는 충반전시 발생하는 열을 케이스를 통해 외부로 방열시키게 되는데， 이러한 이차전지의 방열 특성은 전지의 성능을 좌우할 정도로중요하다.
특히，예를들어 원통형 전지는 반경과높이를 2배에 크게 하면,용량은 30 체적에 비례해 8배에 증가한다.그런데 방열면적은 4배 밖에 되지 않는다. 이 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
때문에 전지의 용량을 8배로 하면 단위용량당의 표면적은 1/2에 감소한다. 또한 이차전지는 중심 부분의 방열이 나쁘고 이 부분의 온도가가장높아진다. 대형 전지는 중심에서 전지 표면까지의 길이가 길어져,방열하기 쉬운 전지 표면에서 내부를 향하는 것에 따라 온도가 높아진다고 하는 온도 경사가 5 발생해 가장 냉각이 중요한 중심 부분의 온도가 상승한다. 이러한 전지의 온도 상승에 의해 전지 온도가너무 높아지면,전지 성능을 저하시키는문제가 발생한다.
더욱이 원통형 또는 각형 전지는 중대형 전지로 제작될 경우,전지의 중심부의 열이 외부로 배출되기 어려운 구조이므로， 반복적인 충방전을 10 수행하면 중심부로부터 발열이 촉진되어， 이차전지의 수명이 단축될 수 있고 나아가이차전지의 발화또는폭발의 원인이 될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해， 종래에는 원통형 또는 각형 전지의 중심부에 중공을 형성하여 공기를 통하게 함으로써 냉각이 어려운 중심부분의 냉각성능을향상시켰다
15 그러나,이러한중공을가지는 이차전지 역시 공냉으로의 방열에 한계가 있을 뿐 아니라,최근 용량 증가의 요구에 맞춰 이차전지의 크기가 증가하는 경우, 또는 전동공구와 같은 디바이스에 사용되는 전지팩의 경우 반복 사용함에 따른 이러한 한계는 더욱 심각하여 소망하는 정도의 충분한 방열 특성을나타내지 못한다.
20 따라서,상기 문제를 해결할 수 있는, 냉각 효율성을 크게 개선된 이차전지에 대한기술이 필요한실정이다
【발명의 상세한설명】
【기술적 과제】
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 25 기술적 과제를 해결하는 것을목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에， 이후 설명하는 바와 같이， 내부에 중공이 형성된 이차전지에 있어서， 상기 중공에 전체 부피의 50% ，이상으로 열전도성 수지가 채워져 있는 구조를 가지는 경우,소망하는 효과를 달성할 수 있는 것을 확인하고,본 발명을 30 완성하기에 이르렀다. 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
【과제의 해결수단】
본발명에 따른이차전지는,양극,음극,및 상기 양극과음극에 개재된 분리막이 함께권취된구조의 전극조립체（‘젤리-롤’）;
내부에 일측이 개방된 형태의 중공이 형성되어 있고,상기 전극조립체가 상기 중공을감싸는형태로내장되는캔본체;및
상기 캔본체의 개방상단부에 탑재되어 캔본체를밀폐하는탑커버;를 포함하고,
상기 캔 본체의 바닥부 및 탑 커버 중 어느 하나는 상기 캔 본체의 중공과연통되는관통구가형성되어 있으며,
상기 중공 전체 부피에 대하여 50% 이상에 열전도성 수지가 채워져 있는것을특징으로한다.
여기서, 상기 중공은 캔 본체의 바닥부 또는 탑 커버로부터 전극조립체가 내장된 방향으로 연장 형성된 구조로 이루어져 있고, 일측은 막힌형태이므로，중공에 열전도성 수지를채울수있다.
이때,열전도성 수지는상세하게는,중공전체 부피에 대하여 70%이상, 더욱상세하게는 90%이상에 채워질수있다.
따라서， 본 발명에 따른 이차전지는， 전지 중심에 형성되는 중공에 열전도성 수지를 채움으로써, 방열 특성이 가장 우수한 전도를 통해 열을 방출할수있는바,중심부의 냉각효율성을보다높일수있다.
일반적으로,방열특성은전도 >수넁 >공넁순이다.
이러한본원발명에 따른효과를극대화할수 있는 열전도성 수지는, 열 전도성을 가지는 물질이면서， 상온에서 고체인 경우라면 한정되지 아니하고, 예를들어, 우레탄또는실리콘을기재로하고， 알루미나（시11111比3） 또는보론 나이트라이드（801011 를보조재로한폴리머일수있다.
이러한 열전도성 수지는,상온에서의 열전도도가 1.1
Figure imgf000005_0001
도내지 3.0
Figure imgf000005_0002
있다.
상기 범위를벗어나열전도도가낮은경우에는,본원발명이 의도한냉각 효과를 달성할 수 없고, 상기 범위를 벗어나는 열전도도를 가지는 수지는 상용화되기 어려워 바람직하지 않다.
한편, 상기 열전도성 수지의 전도를 통해 더욱 냉각효과를 증대시키기 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
위해,상기 이차전지는,일단이 열전도성 수지와 접촉하고 타단이 중공 외부로 노출되도록중공에 삽입되어 있는금속봉을더 포함할수 있다.
이는 열전도성 수지가 이차전지 중공으로부터 외부로 노출되도록 채워질 수 없어， 외부 공기에 의한 공넁 효과는 얻을 수 없는 바,상기 5 열전도성 수지에 접촉하는 금속봉을 추가함으로써,이차전지로부터 열전도상 수지로,열전도성 수지에서 금속봉으로 전도되는 형식으로 열을 방출하고, 금속봉은 외부로 노출되어 공냉의 효과도 발휘할 수 있도록 함으로써 더욱 냉각효과를극대화시킬 수 있다.
이때, 상기 열전도성 수지와 금속봉의 접촉부위는 금속봉의 전체 10 표면적을기준으로 50%이하일 수 있다.
즉,본 발명에 따르면,열전도성 수지를 중공에 우선적으로 채우고， 여기에 금속봉을 소정 삽입함으로써 금속봉의 타단이 외부 공기와 마찰할 수 있도록 한 것이다. 그렇지 않고,상기 범위를 넘어서 금속봉이 열전도성 수지에 완전히 삽입되는 경우에는,외부 노출에 따른 공냉 효과는 얻을 수 15 없어 바람직하지 않다.
여기서,상기 금속봉은,중공에 채워진 열전도성 수지와 접촉하기 위해 중공내로삽입될 수 있도록,그외경이 중공내경보다작을수 있다.
상기 금속봉은 열전도성이 좋은 소재라면 한정되지 않으나， 예를 들어, 구리(copper)또는 알루미늄( 111 11111)과 같은 고전도성 소재일 수 있다.
20 한편,상기 중공의 크기는권취된 구조의 전극조립체의 내경에 대응하는 크기로 이루어질 수 있다.
상기에서 ‘대응한다’ 함은 동일하거나,거와 동일한 정도로 유사한 것을 의미하고,구조에 따라， 권취된 전극조립체가 중공을 가지는 캔 본체에 삽입될 수 있을 정도로 권취된 전극조립체의 내경보다 작거나 같은 범위이나， 용량의 25 감소를최소화하는정도의 범위 내에서의 편차를포함하는정도이다.
본 발명의 이차전지는,또한,상기 전극조립체의 상면과 하면에는 상부 절연체 및 하부 절연체가 개재될 수 있고,이때,상부 절연체 및 하부 절연체 중 어느 하나는,캔 본체의 바닥부 및 탑 커버 중 어느 하나에 형성된 관통구와 대응되도록,상기 중공의 크기에 대응하는 관통구가 형성되어 있을 30 수 있다. 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
즉, 이러한구조의 본발명에 따른 이차전지는，각형 전지 또는원통형 전지일수있다.
따라서, 상기 중공 구조 및 이에 열전도성 수지가 채워진 것 외에는 일반적인원통형 전지 또는각형 전지의 구성과동일하다.
구체적으로, 원통형 전지의 경우， 상기 탑 커버는， 상기 캔 본체의 개방단에 결합되고최상부에 돌출된형태로배치되어 양극단자를형성하는탑 캡; 및 상기 탑 캡의 하부에 위치하고 상기 전극 조립체에서 연장되는 전극 리드와접촉하며,온도에 따라저항값이 달라지는
Figure imgf000007_0001
소자를포함할수있다. 본발명은또한，상기 이차전지가둘이상포함되는이차전지팩에서,본 발명이 의도한 방열 효과를 더욱 효과적으로 달성하기 위한 구조의 이차전지팩을제공한다.
구체적으로， 상기 이차전지팩은, 이차전지를 둘 이상 포함하는 전지팩으로서，
상기 이차전지는, 양극， 음극， 및 상기 양극과음극에 개재된 분리막이 함께권취된구조의 전극조립체（‘젤리-롤’）;
내부에 일측이 막힌 형태의 중공이 형성되어 있고， 상기 전극조립체가 상기 중공을감싸는형태로내장되는캔본체;및
상기 캔본체의 개방상단부에 탑재되어 캔본체를밀폐하는탑커버;를 포함하고,
상기 캔 본체의 바닥부 및 탑 커버 중 어느 하나는 상기 캔 본체의 중공과연통되는관통구가형성되어 있으며，
상기 중공 전체 부피에 대하여 50% 이상에 열전도성 수지가 채워져 있고,
상기 열전도성 수지는둘이상의 이차전지들을전기적으로연결하는팩 단자에 접촉되어 있는구조를가질수있다.
이때, 상기 열전도성 수지와 팩 단자의 접촉을 위해, 상기 팩 단자는 이차전지의 중공에 대응하는 부위에서 중공에 일부 삽입되는 볼록부를 포함하여,상기 볼록부가중공내의 열전도성 수지와접촉되어 있을수있다. 즉， 팩 단자가 볼록부를 포함하는 경우， 열전도성 수지와 접촉할 수 있는 면적이 넓어지며，중공에 삽입되어 고정될 수 있어, 열전도성 수지와 팩 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
단자를 접촉하게 하는 별도의 부재 없이 충분한접촉면적을가질 수 있는 바 바람직하다.
이와 같은 구조에 의해 팩 단자와 열전도성 수지가 접촉하는 경우에는, 팩 단자에 의해 둘 이상의 이차전지들이 전기적 연결을 이루면서도, 5 이차전지에서 열전도성 수지로 열전도성 수지에서 팩 단자로 열이 전도되고 팩 단자가 외부 공기와 닿거나,추가적인 냉각 시스템을 추가함으로써 더욱 향상된 방열 효과를 발휘할수 있는 바， 하나의 부재로 두 가지 기능을수행할 수 있어 더욱 효율적이다. 이때,냉각 시스템은 공냉 또는 수넁의 냉각 시스템일 수 있으나， 더욱 우수한 방열 효과를 위해 공냉보다 우수한 냉각이 10 가능한수냉인 것이 더욱 바람직하다.
또 다른구조로서，상기 이차전지가열전도성 수지에 접촉하는금속봉을 더 포함하는 경우 상기 이차전지팩은 이차전지를 둘 이상 포함하는 이차전지팩으로서,
상기 이차전지는 양극， 음극,및 상기 양극과 음극에 개재된 분리막이 15 함께 권취된 구조의 전극조립체（‘젤리-롤’）;
내부에 일측이 막힌 형태의 중공이 형성되어 있고,상기 전극조립체가 상기 중공을감싸는 형태로내장되는 캔 본체 및
상기 캔 본체의 개방상단부에 탑재되어 캔 본체를 밀폐하는탑커버를 포함하고，
20 상기 캔 본체의 바닥부 및 탑 커버 중 어느 하나는 상기 캔 본체의 중공과 연통되는관통구가형성되어 있으며
상기 중공 전체 부피에 대하여 50% 이상에 열전도성 수지가 채워져 있고，
일단이 열전도성 수지와 접촉하고 타단이 중공 외부로 노출되도록 25 금속봉이 중공에 삽입되어,상기 금속봉의 타단이 둘 이상의 이차전지들을 전기적으로 연결하는팩 단자에 결합되어 있는구조를가질 수 있다.
즉 상기에서 설명한 바와 같이 열전도성 수지에 일단이 접촉하고 있는 금속봉이 중공 내에 삽입되어 있는 경우에는,상기 금속봉이 외부로 노출된 구조를 가지므로， 팩 단자와 상기 금속봉을 결합시킴으로써,상기 팩 단자에 30 볼록부가형성되었을 때와같은냉각효과를 얻을수 있다. 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
이때,상기 금속봉과 팩 단자의 결합은 용접 또는 기계적 체결에 의해 이루어질 수 있다. 여기서,기계적 체결은 암수 결합과 같이 팩 단자에 금속봉의 크기에 대응하는 체결홈을 형성함으로써 이루어질 수 있다.
한편， 상기 팩 단자는 둘 이상의 이차전지들의 전기적 연결을 위해, 이차전지들의 (+)단자들또는 (-)단자들에 연결되어 있음은물론이다.
상기 팩 단자는 한정되지 아니하고，그 단자의 성질에 따라 그 종류가 결정되고,예를 들어, (+)팩 단자의 경우,상세하게는 니켈(nickel)로 이루어질 수 있고, (-) 팩 단자의 경우, 상세하게는, 구리(copper), 니켈(nickel), 니켈(nickel)과 구리(copper)의 클래드(Clad), 구리(copper)와 그 밖의. 금속의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어질 수도 있으며， 상기 금속봉은 구리(copper) 또는 알루미늄(aluminum) 등의 고전도성 소재일 수 있다.
이때,일반적으로,원통형 전지 또는 각형 전지는 상부에서 (+)단자가, 하부에 (-)단자가 형성되는 바，상기 이차전지의 중공과 연통되는 관통구가 캔 본체의 바닥부에 형성되어 있는 경우, (-) 단자와 연결되는 팩 단자가 상기 볼록부 또는 금속봉과 체결되는 체결홈 구조를 가질 수 있고,이차전지의 중공과 연통되는 관통구가 탑 커버에 형성되어 있는 경우， (-)단자와 연결되는 팩 단자가상기 볼록부또는금속봉과체결되는체결홈구조를가질 수 있다. 상기 이차전지팩은한정되지 아니하고， 현재 리튬 이차전지가사용될 수 있는 다양한 디바이스에 적용될 수 있으나,상세하게는,반복 사용에 따른 급격한 퇴화가 발생하고,방전시 온도 상승이 큰 전동공구용,또는 이차전지에 수냉 또는공냉의 쿨링 시스템을 적용하는 전기자동차용일 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 이차전지는， 예를 들어,중공이 형성되어 있는 캔 본체에 전극조립체를 내장하고， 탑 커버를 결합하여 제조하고,중공에 열전도성 수지 페이스트를 소망하는 정도의 중공 높이까지 채운 후 건조시켜 굳히거나, 상기 페이스트를 굳히기 전에 페이스트와 일단이 접촉하도록 금속봉을삽입한후페이스트를굳히는방법으로 제조할수 있다.
또한,상기 이차전지팩은,예를 들어,상기 이차전지의 구조에 따라, 금속봉을 삽입하지 않은 이차전지의 경우, 볼록부가 형성된 팩 단자를 준비하고， 이러한 팩 단자의 볼록부에 이차전지의 중공이 끼워지도록 기립 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
배치하여 제조하거나， 금속봉을 삽입한 이차전지의 경우, 금속봉이 결합되는 체결홈이 형성된 팩 단자를 준비하고, 이러한 팩 단자의 체결홈에 금속봉을 삽입함으로써 이차전지를기립 배치하여 제조할수있다.
【발명의 효과】
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는, 캔 본체에 형성된 중공에 전체 부피의 50% 이상으로 열전도성 수지를 채움으로써, 열전도에 의한방열 효과를 얻을수 있는 바, 우수한 냉각효율성을 가질 수 있다.
또한,본 발명에 따른 이차전지팩은,상기 이차전지의 열전도성 수지와 접촉하는 팩 단자를 통해 이차전지들의 전기적 연결과동시에 열전도에 따른 방열 효과를 극대화할 수 있어， 더욱 향상된 냉각 효율성 및 조립 편의성을 발휘할수있다.
【도면의 간단한설명】
도 1는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 개략적인 단면도이다;
도 2은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 개략적인단면도이다;
도 3는본 발명의 또하나의 실시예에 따른각형 이차전지의 개략적인 단면도이다;
도 4는 도 1의 원통형 이차전지들을 포함하는 이차전지팩의 개략적인 사시도이다；
도 5는 도 2의 원통형 이차전지들을 포함하는 이차전지팩의 개략적인 사시도이다.
【발명을실시하기 위한구체적인내용】
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만， 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는것은아니다.
또한， 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한설명은생략한다. 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은보다명확한설명을위해 과장되거나 생략되거나또는 개략적으로도시될 수 있다 따라서， 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 5 전적으로 반영하는 것은아니다 도 1에는 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 개략적인 단면도가 모식적으로도시되어 있다.
도 1을 참조하면， 본 발명에 따른 이차전지(100)은 전극조립체(110) 및 10 전해액을 내장하는 캔 본체(120)와， 캔 본체(120)의 개방 상단부에 탑재되어 캔 본체(120)을밀폐하는탑커버(130)를포함한다.
전극조립체(110)는 양극(111) 및 음극(112)이 분리막(113)을 사이에 두고 배치되어 캔 본체(120)에 수납되고, 이때， 전극조립체(110)은 젤리-롤 형태로 후술할중공(121)을 감싸는 형태로권취되어 배치된다.
15 여기서 전극조립체(110)의 전극들은 집전체에 전극 합제가 도포된 구조로서 형성되고,전극 합제는 활물질,바인더,도전재 및 그밖의 가소제 등을포함할수 있다.
또한, 전극이 권취되는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 전극 합제가 형성되지 않은 무지부가 존재하고,이러한 무지부에는 각각의 전극에 20 대응되는 전극 리드가 부착된다 일반적으로,원통형 이차전지에서의 양극 리드(114)는 전극조립체(110)의 상단에 부착되어 탑 커버(130)에 전기적으로 연결되고， 음극 리드(도시하지 않음)는 전극조립체(110)의 하단에 부착되어 캔 본체(120)의 바닥면에 연결된다.
한편, 전극조립체(110)의 상면에는 상부 절연체(123)가 개재되고,
25 전극조립체(110)의 하면에는 하부 절연체가 개재된다. 이때,후술한 중공이 캔 본체(120)의 바닥부와 연통되는 경우,하부 절연체에는중공의 크기에 대응하는 관통구가 형성되고, 중공이 탑 커버(130)와 연통되는 경우, 상부 절연체(123)에는중공의 크기에 대응하는관통구가형성된다
따라서,도 1에서는 후술할 중공이 캔 본체(120)의 바닥부와 연통되는 30 바，하부 절연체에는관통구가형성된다. 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
캔 본체(120)는 알루미늄， 스테인리스 스틸,또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성될 수 있으며， 상단은 전극조립체(110)의 고정을 위한 비딩부(122)가 형성된다 다만,비딩부(122)가 형성이 필수적인 것은아니다.
5 또한， 캔 본체(120)는 내부에 중공(121)이 형성되어 있다. 여기서, 중공(121)은빈 공간을의미한다.
이러한 중공(121)은 캔 본체(120)의 중심에 형성되어 바닥부를 관통하는 연장 형성된 구조로 이루어져 있고， 다시 말해， 도 1에서의 중공(121)은 캔 본체(120)의 바닥부와 연통되며, 상부 절연판(123) 및 탑 커버(130)에 의해 10 밀폐된다. 다만， 이는 하나의 예로서,중공이 탑 커버와 연통될 수도 있으며, 이 경우,중공은하부 절연판및 캔 본체의 바닥면에 의해 밀폐될 수 있다
이와 같이 한 쪽면이 밀폐된 중공(121)에는 전체 부피에 대하여 50% 이상에 열전도성 수지(140)아채워져 있다.
이와 같은 구조의 이차전지(100)은 중공에 채워진 열전도성 수지(140)에 15 의해,기존의 구조와 비교하여,이차전지(100)로부터 발생하는 열을 중공에서도 흡수하여 방열 효율이 가장 높은 전도를 통해 외부로 방출할 수 있는 바, 중심부의 냉각효율성을보다높일 수 있다.
또한,이하에서 자세히 후술하겠지만 이와같이 중공에 채워진 열전도성 수지는 금속 소재로 이루어진 금속봉， 또는 이차전지들을 전기적으로 연결하는 20 팩 단자의 금속과 접촉하여 외부로 열을 방출하기 더욱 용이하게 하여 냉각 효과를향상시킬 수도 있다.
탑 커버(130)은,탑 커버(130)의 최상부에 상부 방향으로 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡(131), 이차전지(100)의 내압에 의해 형태가 변형되는 안전 벤트(132), 정상적인 상태에서는 안전 벤트(132)와 25 접촉하고 있다가， 가스 발생으로 내압이 증가하면 안전 벤트(132)와의 전기적 접속이 차단되는 전류차단부재(133)， 및 탑 캡(131)과 안전 벤트(132)의 테두리 부위를 감싸는 가스켓(134)을 포함하는 구조로 이루어진다 다만, 이러한 구성으로만 한정되는 것은 아니고， 종래 원통형 이차전지의 구성요소들이 포함될 수 있음은물론이다.
30 한편 도 2에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지의 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
개략적인단면도가모식적으로도시되어 있다.
도 1의 전지와 비교하여， 캔 본체（120’）의 중공（121，） 내부의 구성을 제외하고는도 1과동일한구성을가진다. 따라서,동일한구성에 대해서는도 1과 대응되는 도면 부호를 도시하였으므로, 이에 대한 설명은 생략하고， 이하에서는중공내부의 차이에 대해서만설명한다.
도 1과 비교하면, 도 2의 이차전지（100，）는 캔 본체（120，）의 내부에 형성된 중공（121’）에는 도 1과 동일하게 열전도성 수지（140，）이 채워져 있는 구조로 이루어져 있다. 이때， 열전도성 수지（140）’은중공（121，）의 전체 부피에 대해 대략 80% 정도로 채워져 있고, 캔 본체（120，）의 바닥부와 연통되는 중공（121，）에 채워진 열전도성 수지（140，）의 말단에는 열전도성 수지（140，）와 일단이 접촉하고， 타단이 중공（121，） 외부로 노출되도록, 금속봉（150，）이 삽압되어 있다.
여기서,금속봉（150，）은열전도성 수지（140，）와접촉하기만하면한정되지 아니하나, 좀 더 열전도 효율을 높이기 위해서 열전도성 수지（140，）와의 접촉 면적을 넓히기 위해 열전도성 수지에 삽입되어 있는 구조를 가질 수 있다. 이때,그 접촉 면적은 금속봉（150，）의 전체 표면적을 기준으로 50% 이하일 수 있다.
여기서, 금속봉（150，）은 열전도성이 우수한 금속성 소재라면 한정되지 아니하나,구리（¥ 버또는알루미늄예111111[111111）등의 고전도성 소재일수있다. 이와 같은 구조의 이차전지（100，）은 중공에 채워진 열전도성 수지（140，）와 이에 접촉하는 금속봉（150，）에 의해, 기존의 구조와 비교하여, 이차전지（100，）로부터 발생하는 열을 중공에서도 흡수하여 방열 효율이 가장 높은 전도를 통해 외부로 방출할 수 있는 바， 중심부의 냉각 효율성을 보다 높일수있다.
또 다른 실시예로서, 도 3에는 본 발명에 따른 각형 이차전지의 개략적인단면도가모식적으로도시되어 있다.
도 3을참조하면, 이차전지（200）은, 양극（211）,음극（212）, 및 양극（211）과 음극（212）사이에 개재되는분리막（213）을포함하는전극조립체（210）가전해액과 함께 내장되어 있는 캔 본체（220） 및 캔 본체（220）의 개방상단부에 탑재되어 캔본체（220）을밀폐하는탑커버（230）를포함한다. 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
이때， 전극조립체(210)은 젤리-롤 형태로 후술할 중공(221)을 감싸는 형태로납작하게 권취되어 배치된다.
한편， 전극의 구성과 제조방법은 상기 도 1에서 설명한 것과 유사하나, 도 3의 각형 이차전지(200)은, 전극의 무지부에 부착된 양극 리드와 음극 5 리드가 전극조립체(210)의 양단에서 모두 상부에서 돌출되도록 전극조립체(210)의 상단에 부착되어 탑 커버(230)의 외측으로 돌출되는 양극 단자(232)및 음극단자(233)에 전기적으로 연결된다.
그밖의 캔의 재질 등은도 1에서 설명한바와같다.
한편, 도 3에서는, 캔 본체(220)의 내부에 형성된 중공(221)이， 캔 10 본체(220)의 바닥부에서는밀폐되어 있고,탑커버(230)를관통하는 연장형성된 구조로 이루어져 있다.따라서,탑 커버(230)에는 캔 본체(220)의 중공(221)과 연통되는관통구(231)가형성되어 있다.
그리고,이러한중공(221)에는 전체 부피에 대하여 50%이상에 열전도성 수지(240)이 채워져 있다. 이때, 열전도성 수지(240)이 탑 커버(230)의 15 관통구까지 그두께만큼더 채워질 수도 있음은물론이다.
따라서,본 발명에 따른 각형의 이차전지(200) 역시, 기존의 구조와 비교하여, 이차전지(200)로부터 발생하는 열을 중공에서도 흡수하아 방열 효율이 가장 높은 전도를 통해 외부로 방출할 수 있는 바， 중심부의 냉각 효율성을보다높일 수 있다.
20 또한,추가 도시하지는 않았으나,이하에서 설명할 원통형 이차전지의 경우와 동일하게 각형 이차전지들을 다수 포함하는 이차전지팩을 형성하는 경우， 팩 단자와의 접촉에 의해 방열 효과를 더욱 향상시킬 수도 있다. 이때, 팩 단자들은 각형 이차전지들의 상면에서 평행하게 양극 단자들끼리 음극 단자들끼리 접촉하도록 형성되는 것은당업자에게 자명하다.
25 이러한 이차전지들을 사용하여 이차전지팩을 구성하는 경우, 방열 효과를 향상시키기 위한 구조의 예들을 도시하기 위해,도 4에는 도 1의 원통형 이차전지(100)들을 포함하는 이차전지팩(300)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다.
도 4를 도 1과 함께 참조하면， 본 발명의 하나의 실시예에 따른 30 이차전지팩(300)은, 본 발명에 따른 이차전지(100)들; 이들의 양극 리드와 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
전기적으로 연결되는 탑 커버(130)에서 이차전지(100)들 전기적으로 연결하는 양극 팩 단자(310), 및 이차전지들의 음극 리드와 전기적으로 연결되는 캔 본체(120)의 바닥면에서 이차전지(100)들을 전기적으로 연결하는 음극 팩 단자(320)를포함한다.
5 물론, 이차전지팩을 이루는 구성요소는 더욱 다양하나 본 발명의 본질을 보다 상세하게 나타내기 위해,도면에서는 상기 구성요소들을 제외한 기타구성요소들은생략한다.
이차전지(100)들은소정 간격을두고 기립 배치될 수 있고，도면과달리, 필요에 따라더 많은 개수로 또는다양한형태로 배열될 수 있다.
10 이와 같이 배치된 이차전지(100)들은 팩 단자들(310, 320)에 의해 전기적으로 연결된다.
이때,이차전지(100)들은,상가에서 설명한 바와 같이,캔 본체(120)의 내부에 중공(121)이 형성되어 있고, 이러한 중공(121)은， 캔 본체(120)의 바닥부와연통되는구조를가지는 바,중공(121)에 채워진 열전도성 수지(140)은 15 캔 본체(120)의 바닥면에서 이차전지(100)들을 전기적으로 연결하는 음극 팩 단자(320)에 접촉된다.
음극 팩 단자(320)는 일반적인 팩 단자들과 동일하게 평면 형태의 납작한 판 형태일 수도 있으나， 보다중공(121)내부의 열전도성 수지(140)와의 접촉면적을 넓히면서도, 캔 본체(120)의 중공(121)에 삽입되어 20 이차전지(100)들을 보다 견고히 고정할 수 있도록, 이차전지(100)들의 중공(121)에 대응하는 부위에서 중공(121)에 일부 삽입되는 볼록부(321)를 포함하고,이러한 볼록부(321)의 말단이 중공(121) 내의 열전도성 수지(140)와 접촉되는형태를 이룬다.
여기서,양극 팩 단자(310)및 음극 팩 단자(320)은 각각금속부재일 수 25 있으며,상세하게는， 양극 팩 단자(310)은 니켈知 1 1)로 이루어질 수 있고,음극 팩 단자(320)는, 상세하게는, 구리(copper), 니켈 노 ), 니켈(111<; )과 구리(copper)의 클래드((끄크1)， 구리(coppeG)와 그 밖의 금속의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는어느하나로 이루어질 수도 있다.
한편， 음극 팩 단자(310)에 형성되는 볼록부(321)은 음극 팩 단자(310)와 30 동일한 소재로 이루어질 수도 있으며, 또는 구리(copper) 또는 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
알루미늄 ( \111^1111111)등의 고전도성 소재일수있다.
따라서， 열전도율이 좋은 금속과 열전도성 수지 (140)가 접촉함으로써 더욱향상된방열효과를나타낼수있다.
또하나의 예로서,도 5에는도 2의 원통형 이차전지 (100，)들을포함하는 이차전지팩 (400)의 개략적인사시도가도시되어 있다.
도 5를 도 2와 함께 참조하면, 도 4에서 설명한 것과 동일하게， 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지팩 (400)은, 본 발명에 따른 이차전지 (100，)들; 이들의 양극 리드와 전기적으로 연결되는 탑 커버 (130，)에서 이차전지 (100’)들 전기적으로 연결하는 양극 팩 단자 (410), 및 이차전지들의 음극 리드와 전기적으로 연결되는 캔 본체 (120，)의 바닥면에서 이차전지 (100，)들을전기적으로연결하는음극팩 단자 (420)를포함한다.
또한, 이차전지 (100，)들은 기립 배치된 상태로 팩 단자들 (410, 420)에 의해 전기적으로연결된다.
이때， 이차전지 (100’)들은， 상기에서 설명한 바와 같이, 캔 본체 (120’)의 내부에 중공 (121’)이 형성되어 있고， 이러한 중공 (121’)은, 캔 본체 (120’)의 바닥부와 연통되는 구조를 가지며, 중공 (121，)에는 열전도성 수지 (140’)가 채워져 있고， 열전도성 수지의 말단에는 일단이 열전도성 수지와 접촉하고 타단이 중공외부로노출되도록중공에 삽입되어 있는금속봉 (150’)을포함하는 구조를 가지는 바, 금속봉 (150，)이 캔 본체 (120，)의 바닥면에서 이차전지 (100，)들을전기적으로연결하는음극팩 단자 (420)에 접촉된다.
이때, 음극 팩 단자 (420)는 납작한판 형태로, 금속봉 (150，)을 포함하는 이차전지 (100，)들이 보다 견고히 고정될 수 있으며, 금속봉 (150，)이 삽입되어 보다 접촉면적을 넓힐 수 있는 체결홈 (421)을 포함할 수 있고， 따라서, 금속봉 (150’)과음극팩 단자 (420)은기계적 체결이 이루어진다.
여기서， 양극 팩 단자 (310) 및 음극 팩 단자 (320)의 소재는, 상기에서 설명한바와같다.
따라서， 이차전지 (100，)들의 열전도성 수지 (140’)가 금속봉 (150，)을 통해서, 열전도율이 좋은 금속으로 이루어져 넓은 면적을 가지는 음극 팩 단자 (420)와접촉함으로써 더욱향상된방열효과를나타낼수있다.
상기에서 설명한구조의 이차전지팩들은， 팩 단자들에 의해 둘 이상의 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
이차전지들이 전기적 연결을 이루면서도, 이차전지에서 열전도성 수지로, 열전도성 수지에서 음극 팩 단자로 열이 전도되어,음극 팩 단자가 외부 공기와닿거나 또는 음극 팩 단자로 전도된 열을 냉각시켜주는추가적인 냉각 시스템을 이차전지팩에 추가함으로써 더욱 향상된 방열 효과를 발휘할수 있다. 이하에서는,본 발명에 따른 실시예를 참조하여 설명하지만,이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로,본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은아니다 <실시예 1>
양극 활물질로 뱐（：002를 사용하였고, 00002 96 중량%, 및 Denka 미 뇨（도전재） 2.0 중량%， 1^산1 ?（결합제） 2.0 중량%를 용제인 NMP（N-methyl-2- !>>1101 01½）에 첨가하여 양극혼합물슬러리를 제조한후, 알루미늄호일 상에 코팅，건조및 압착하여 양극을제조하였다.
Figure imgf000017_0001
혼합물 슬러리를 제조한 후, 구리 호일 상에 코팅, 건조 및 압착하여 음극을 제조하였다.
상기 양극과 음극 사이에 두께 16 _의 폴리에틸렌 다공성 막을 개재시켜 전극조립체를 제조하였고, 상기 전극조립체를, 도 2와 같이, 직경이
Figure imgf000017_0002
중공이 형성되어 있는 원통형（직경 18 21111111） 케이스에 내장한 후 1 ¾카보네이트계용액 전해액을주입하였다.
상기 중공에 열전도성 수지로서 우레탄과 알루미나가중합된 폴리머를 용융상태로중공부피 대비 90%로주입하고，알루미늄으로 이루어진 금속봉을 열전도성 수지 말단에 접촉하도록삽입（접촉부위가금속봉표면적의 30%）하고, 열전도성 수지를 건조시켜 굳힘으로써 도 2와 같은 구조의 이차전지를 제조하였다.
<비교예 1>
실시예 1에서,원통형 케이스의 중공에 열전도성 수지를 채우지 않고, 2019/107784 1»(：1/10公018/013469
비워둔 것을제외하고는실시예 1과동일하게 이차전지를 제조하였다
＜비교예 2＞
실시예 1에서,중공이 형성되어 있지 않은원통형 케이스를사용한 것을 제외하고는실시예 1과동일하게 이차전지를 제조하였다.
＜실험예 1
상기 실시예 1 및 비교예 1, 2에서 제조된 이차전지들의 강제 대류시, 자연 대류시, 수냉시 이차전지의 표면온도， 코어온도, 온도 차이， 기준 온도에 도달하는데 걸리는시간, 1차방전후재방전까지 걸리는시간,및 1차방전후 충전까지 걸리는시간을하기 표 1내지 3에 나타내었다
표 1내지 3에서, 은표면최대온도， 12는코어 최대온도를의미하고, 는표면부위의 최대온도와내부의 최대온도의 차이를의미한다.
또한， 표 1 내지 3에서， 기준 온도（75ᄃ）에 도달하는데 걸리는 시간은 작동시간（11111산1 ）을의미하는것으로，방전시 이차전지의 온도가 75（:가넘는 경우 방전이 중지되도록 셋팅하여 측정하고 방전 중지 시까지 걸리는 시간을 측정한 것이고 1차 방전 후 재방전 대기 시간은 이차전지의 온도가 751：에 도달하여 방전이 종료되었다가 이차전지의 온도가 50（：까지 떨어지면 다시 방전이 가능하게 셋팅하여 다시 방전이 이루어지는데 걸리는 시간을 측정한 것이며，방전후충전 대기 시간은 7510에서 방전이 종료된 경우， 일정 이하의 온도가 되어야 충전을 시작하도록 셋팅하여 실질적으로 충전을 시작하는데 까지 걸리는시간을측정한것이다.
표 1의 자연대류조건은， 0111/3에서 측정된것,표 2의 강제 대류조건은 3 八에서 측정된 것을 의미하며， 표 3의 수냉 조건은 23ᄃ의 물 온도에서 측정된것을의미한다.
【표 1】
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0002
2019/107784 1»(：1^1{2018/013469
Figure imgf000019_0002
【표 2】
Figure imgf000019_0003
Figure imgf000019_0001
2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
Figure imgf000020_0002
표 1 내지 3을참조하면,본발명에 따른 이차전지의 경우,비교예에서 제조된 이차전지와 비교하여， 이차전지 코어에서 온도가 비교적 낮은 것을 확인할수있다.
수냉의 경우，비교예 1의 코어 온도 및 표면과코어 온도차이가조금 더 낮은데,실시예 1과비교하여 큰차이가없는반면,실시예 1은표면온도가 75方에도도달하지 않는것을확인할수있다.
또한,
Figure imgf000020_0001
참조하면,중공을비워둔비교예 1보다실시예 1에 따른 본원발명 구조의 이차전지가작동시간이 긴 것을확인할수 있다. 이는발열이 적을수록 작동시간이 길기 때문에 작동시간이 긴 것이 바람직하다. 반면, 중공을 형성하지 않은 비교예 2보다는 작동시간이 짧은데， 이는 중공을 포함하는전지의 경우,중공의 크기만큼용량감소가발생하여 동일 출력 기준 단위 면적당전류밀도가증가하여 발열량이 증가하기 때문이므로, 0111산1116은 비교예 1과비교하여 의미를가진다.
한편, 재방전 대기 시간과 충전 대기 시간은 냉각이 얼마나 잘 이루어지는지를 보여주는 것으로서, 본 발명에 따른 이차전지가 재방전 대기 시간 및 충전 대기 시간이 모두, 비교예들과 비교하여 짧은 것을 확인할 수 있다.
이는 방열이 잘 이루어져 방열속도가 빠르다는 것을 의미하는 바, 본원발명에 따르면더욱우수한냉각효과를발휘함을확인할수있다. 이상 본 발명에 따른 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만， 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가잔자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한응용및 변형을행하는것이 가능할것이다.

Claims

2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
【청구범위】
【청구항 1】
양극,음극, 및 상기 양극과 음극에 개재된 분리막이 함께 권취된 구조의 전극조립체（‘젤리-롤，）
5 내부에 일측이 개방된 형태의 중공이 형성되어 있고,상기 전극조립체가 상기 중공을감싸는 형태로내장되는 캔 본체;및
상기 캔 본체의 개방상단부에 탑재되어 캔 본체를 밀폐하는 탑커버;를 포함하고
상기 캔 본체의 바닥부 및 탑 커버 중 어느 하나는 상기 캔 본체의 10 중공과 연통되는관통구가형성되어 있으며,
상기 중공 전체 부피에 대하여 50% 이상에 열전도성 수지가 채워져 있는 이차전지.
【청구항 2]
제 1항에 있어서,상기 전극조립체의 상면과 하면에는 상부 절연체 및 15 하부 절연체가 개재되고,상부 절연체 및 하부 절연체 중 어느 하나는 상가 중공의 크기에 대응하는관통구가형성되어 있는 이차전지.
【청구항 3】
제 1 항에 있어서 상기 우레탄 또는 실리콘을 기재로 하고， 알루미나 또는보론나이트라이드를보조재로 한폴리머인 이차전지.
20
【청구항 4]
제 1 항에 있어서 상기 이차전지는 일단이 열전도성 수지와 접촉하고 타단이 중공 외부로 노출되도록 중공에 삽입되아 있는 금속봉을 더 포함하는 이차전지
【청구항 5】
25 제 4항에 있어서 상기 열전도성 수지와금속봉의 접촉부위는금속봉의 전체표면적을기준으로 50%이하인 이차전지.
【청구항 6】
제 4항에 있어서,상기 금속봉의 외경은중공내경보다작은 이차전지
【청구항 7】 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
제 1 항에 있어서, 상기 중공의 크기는 권취된 구조의 전극조립체의 내경에 대응하는크기로이루어진 이차전지.
【청구항 8】
제 1항에 있어서,상기 이차전지는원통형 또는각형 전지인이차전지.
【청구항 9】
제 1항에 따른이차전지를둘이상포함하는이차전지팩으로서, 상기 이차전지는, 양극, 음극, 및 상기 양극과음극에 개재된 분리막이 함께권취된구조의 전극조립체（‘젤리-롤’）;
내부에 일측이 막힌 형태의 중공이 형성되어 있고, 상기 전극조립체가 상기 중공을감싸는형태로내장되는캔본체;및
상기 캔본체의 개방상단부에 탑재되어 캔본체를밀폐하는탑커버;를 포함하고，
상기 캔 본체의 바닥부 및 탑 커버 중 어느 하나는 상기 캔 본체의 중공과연통되는관통구가형성되어 있으며,
상기 중공 전체 부피에 대하여 50% 이상에 열전도성 수지가 채워져 있고，
상기 열전도성 수지는둘이상의 이차전지들을전기적으로연결하는팩 단자에 접촉되어 있는이차전지팩 .
【청구항 10】
제 9 항에 있어서, 상기 팩 단자는 이차전지의 중공에 대응하는 부위에서 중공에 일부삽입되는볼록부를포함하여,상기 볼록부가중공 내의 열전도성 수지와접촉되어 있는이차전지팩.
【청구항 11】
제 1항에 따른이차전지를둘이상포함하는이차전지팩으로서, 상기 이차전지는, 양극，음극, 및 상기 양극과음극에 개재된 분리막이 함께권취된구조의 전극조립체（‘젤리-롤’）;
내부에 일측이 막힌 형태의 중공이 형성되어 있고, 상기 전극조립체가 상기 중공을감싸는형태로내장되는캔본체;및
상기 캔본체의 개방상단부에 탑재되어 캔본체를밀폐하는탑커버；를 포함하고, 2019/107784 1»（：1^1{2018/013469
상기 캔 본체의 바닥부 및 탑 커버 중 어느 하나는 상기 캔 본체의 중공과 연통되는관통구가형성되어 있으며
상기 중공 전체 부피에 대하여 50% 이상에 열전도성 수지가 채워져 있고,
5 일단이 열전도성 수지와 접촉하고 타단이 중공 외부로 노출되도록 금속봉아 중공에 삽입되어， 상기 금속봉의 타단이 둘 이상의 이차전지들을 전기적으로 연결하는팩 단자에 결합되어 있는 이차전지팩.
【청구항 12】
제 11항에 있어서,상기 금속봉과 팩 단자의 결합은 용접 또는 기계적 10 체결에 의해 이루어진 이차전지팩.
【청구항 13】
제 9항또는 제 11항에 있어서，상기 이차전지팩은전원으로포함하는 디바이스.
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