WO2020071843A1 - 이차전지 - Google Patents

이차전지

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WO2020071843A1
WO2020071843A1 PCT/KR2019/013017 KR2019013017W WO2020071843A1 WO 2020071843 A1 WO2020071843 A1 WO 2020071843A1 KR 2019013017 W KR2019013017 W KR 2019013017W WO 2020071843 A1 WO2020071843 A1 WO 2020071843A1
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WO
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secondary battery
electrode
insulator
short
present
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PCT/KR2019/013017
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French (fr)
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강경수
김지호
이용태
고명훈
박정일
김기연
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주식회사 엘지화학
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Publication date
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Priority to US17/282,571 priority patent/US11916258B2/en
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    • H01M50/119—Metals
    • H—ELECTRICITY
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery.
  • a secondary battery is rechargeable and has been researched and developed in recent years due to its small size and high capacity.
  • demand for a secondary battery as an energy source is rapidly increasing.
  • Secondary batteries are classified into coin cells, cylindrical cells, prismatic cells, and pouch-shaped cells according to the shape of the battery case.
  • an electrode assembly mounted inside a battery case is a power planter capable of charging and discharging consisting of a stacked structure of electrodes and separators.
  • the electrode assembly is a jelly-roll type wound by separating a separator between a positive electrode and a negative electrode of a sheet type coated with an active material, and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked with a separator interposed. , And stacked unit cells can be roughly classified into a stacked / folded type wound with a long length separation film.
  • the double jelly roll type electrode assembly is widely used because it is easy to manufacture and has an advantage of high energy density per weight.
  • One aspect of the present invention is to provide a secondary battery capable of improving battery stability by inducing a short circuit when high temperature and high pressure are generated.
  • a secondary battery according to an embodiment of the present invention, a first electrode, a separator, and a second electrode are alternately stacked and wound around an electrode assembly and a can formed with a receiving portion accommodating the electrode assembly therein, in a direction facing each other.
  • the second can is electrically connected to the second electrode
  • the insulator is formed with a short-circuit induction through-hole formed in the form of a through-hole or perforation, and as the insulator contracts or expands under heat or pressure A short between the first can and the second can may be short-circuited through the short-circuit guide penetrating portion whose shape is deformed.
  • the first electrode and the second electrode are electrically connected to the first can and the second can
  • the insulator is formed of a high-temperature insulator, including an insulator formed with a short-circuit inducing through portion that insulates between the first can and the second can.
  • the shape is deformed as it contracts or expands under high pressure, so that the first can and the second can are short-circuited through the short-circuit induction through portion. Accordingly, it is possible to prevent the explosion of the battery by lowering the energy level of the battery.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a front view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a first example of an insulator in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a second example of an insulator in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a third example of an insulator in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a fourth example of an insulator in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a state before and after deformation of an insulator in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view showing a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view showing a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • 16 is a view showing the displacement received by the can in the secondary battery according to Comparative Example 1.
  • 17 is a view showing the displacement received by the can in the secondary battery according to Comparative Example 2.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the first electrode 111, the separator 114, and the second electrode 112 are alternately stacked and wound around the electrode assembly.
  • the can 120 including the first can 121 and the second can 122 accommodating the 110 and the electrode assembly 110 therein, and between the first can 121 and the second can 122 Insulator 123 to insulate the overlapping portion of the.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly 110 is a power generator capable of charging and discharging, and the electrodes 113 and the separator 114 are aggregated to form alternately stacked structures.
  • the electrode assembly 110 may have a wound form.
  • the electrode 113 may include a first electrode 111 and a second electrode 112.
  • the separation layer 114 separates the first electrode 111 and the second electrode 112 to electrically insulate.
  • the first electrode 111 and the second electrode 112 are formed in a sheet form and wound together with the separator 114, and may be formed in a jelly roll form.
  • the electrode assembly 110 may be wound in a cylindrical shape, for example.
  • the first electrode 111 may include a first electrode current collector 111a and a first electrode active material 111b applied to the first electrode current collector 111a.
  • the first electrode 111 may include a first electrode non-coated portion 111c on which the first electrode active material 111b is not coated.
  • the first electrode 111 is made of, for example, a negative electrode, and includes a negative electrode current collector (not shown) and a negative electrode active material (not shown) applied to the negative electrode current collector, and a negative electrode uncoated portion without a negative electrode active material is formed. Can be.
  • the negative electrode current collector may be made of, for example, a foil made of copper (Cu) or nickel (Ni).
  • the negative electrode active material may be made of, for example, artificial graphite, lithium metal, lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite, silicon compounds, tin compounds, titanium compounds, or alloys thereof.
  • the negative electrode active material may be made of, for example, non-graphite-based SiO (silica, silica) or SiC (silicon carbide, silicon carbide).
  • the second electrode 112 may include a second electrode current collector 112a and a second electrode active material 112b applied to the second electrode current collector 112a.
  • the second electrode 112 may include a second electrode uncoated portion 112c where the second electrode active material 112b is not coated.
  • the second electrode 112 is made of, for example, a positive electrode, and includes a positive electrode current collector (not shown) and a positive electrode active material (not shown) applied to the positive electrode current collector, and a positive electrode non-coated portion without a positive electrode active material is formed. Can be.
  • the positive electrode current collector may be made of, for example, aluminum foil, and the positive electrode active material may include, for example, lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron phosphate, or one or more of them. And compounds and mixtures.
  • the separator 114 is made of an insulating material and is alternately stacked with the first electrode 111 and the second electrode 112.
  • the separation layer 114 may be located between the first electrode 111 and the second electrode 112 and on the outer surfaces of the first electrode 111 and the second electrode 112. At this time, the separation membrane 114 may be positioned even in the outermost direction in the width direction when the electrode assembly 110 is wound.
  • the separator 114 may be made of a ductile material.
  • the separator 114 may be formed of, for example, a polyolefin-based resin film such as polyethylene or polypropylene having microporousity.
  • Figure 4 is a front view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a perspective view showing a first example of an insulator in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the can 120 includes a first can 121 and a second can formed with a receiving portion for receiving the electrode assembly 110 therein and opened in a mutually opposite direction. (122).
  • first can 121 may be electrically connected to the first electrode 111
  • second can 122 may be electrically connected to the second electrode 112.
  • first can 121 and the second can 122 are formed in a cylindrical shape, the inner circumferential surface of the first can 121 is formed larger than the outer circumferential surface of the second can 122, the second can 122 It may be inserted into the first can 121.
  • the first can 121 has a first opening (not shown) that is opened in one direction (C1) in one side portion (121b), the first side closed in the other direction (C2) in the other side (121c)
  • the connecting portion 121a may be formed.
  • the second can 122 is formed with a second opening portion 122d opened in the other direction C2 in the other side portion 122c, and a second connection portion 122a closed in one direction C1 in the one side portion 122b. ) May be formed.
  • the end of the first electrode 111 may be connected to the first connection portion 121a
  • the end of the second electrode 112 may be connected to the second connection portion 122a.
  • one end 123b of the insulator 123 may be extended to be located closer to the second connection portion 122a than one end of the first can 121.
  • the other end 123c of the insulator 123 may be extended to be located closer to the first connection portion 121a than the other end of the second can 122.
  • the other end 123c of the insulator 123 may be formed to coincide with the other end of the second can 122. have.
  • the distance (a) from one end of the first can 121 to one end 123b of the insulator 123 is greater than 0, and the insulator at the other end of the second can 122 ( The distance b to the other end 123c of 123 may be greater than O.
  • the insulator 123 may include an insulating material to insulate the overlapping portion between the first can 121 and the second can 122.
  • the insulator 123 may be formed with a short-circuit guided through portion 123a-1 formed in a through hole or a perforated line shape.
  • the short circuit between the first can 121 and the second can 122 may be short-circuited through a short-circuit induction through portion 123a-1 whose shape is deformed as the insulator 123 contracts or expands under high temperature or high pressure. have. Accordingly, the energy level of the secondary battery 100 may be lowered to prevent explosion of the secondary battery 100.
  • This is to use the property that the insulator 123 contracts or expands when subjected to a certain temperature and a certain pressure or more. In an abnormal situation, when the temperature of the can rises or the can expands, the insulation is also subjected to high-temperature and high-pressure, and accordingly, the insulator may contract or expand to deform.
  • the insulator 123 may include a polymer material.
  • the polymer material may be made of any one of PE (polyethylene), PP (polypropylene) and PET (polyethylene terephthalate), for example.
  • the polymer material may be specifically formed of PE (polyethylene) or PP (polypropylene) material having a melting point at 180 ° C. or less.
  • the polymer material may be more specifically, for example, low-density PE having a melting point of 110 ° C or medium-high-density PE having a melting point of 120 to 180 ° C or less.
  • the battery explodes at about 180 degrees to 200 degrees.
  • the energy level may be lowered by shorting between the first can 121 and the second can 122 before reaching the battery explosion. .
  • the resistance R is the product of the specific resistance and the area per thickness
  • the resistance R of the cylindrical insulator 123 is:
  • the resistance of the insulator 123 can be adjusted by changing the material (p) and the shape (d, L, t).
  • the insulator 123 may be coated on the outer circumferential surface of the second can 122, for example, to form a coating layer. At this time, the insulator 123 may be formed by coating an insulating material on the outer circumferential surface of the second can 122.
  • the insulator 123 may be attached to any one form of painting, printing, cladding, lamination, spraying, masking, dipping, bonding to the outer circumferential surface of the second can 122 as another example.
  • painting to paint an insulating material on the outer circumferential surface of the second can 122 printing to print an insulating material on the outer circumferential surface of the second can 122, and on the outer circumferential surface of the second can 122
  • the insulator 123 may be formed on the outer circumferential surface of the second can 122
  • the first can 121 positioned outside may be formed of steel
  • the second can 122 positioned inside may be formed of aluminum.
  • the material of the second can 122 is formed of aluminum, expansion of the second can 122 due to high heat may occur well, and accordingly, an insulator attached to the outer surface of the second can 122 ( The expansion of 123) occurs well, and a short circuit between the first can 121 and the second can 122 due to high heat may occur well through the short circuit induction through portion 123a-1 formed in the insulator 123.
  • the first electrode 111 may be made of a cathode
  • the second electrode 112 may be made of an anode
  • FIG. 6 is a perspective view showing a second example of the insulator in the secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • Figure 7 is a perspective view showing a third example of the insulator in the secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • Figure 8 Is a perspective view showing a fourth example of the insulator in the secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of short-circuit induction penetrating portions 123a-1 in the insulator 123-1 may be formed to form at least one row.
  • the short circuit induction through portion 123a-1 may be formed as a through hole to form heat along the longitudinal direction of the insulator 123-1.
  • a plurality of short circuit induction through portions 123a-2 in the insulator 123-2 may be formed to form at least one row.
  • the short circuit induction through portion 123a-2 may be formed as a through hole to form heat along the longitudinal direction of the insulator.
  • a plurality of short-circuit induction penetrating portions 123a-3 in the insulator 123-3 may be formed to form a grid.
  • the short circuit induction through portion 123a-3 may be formed as a through hole.
  • a plurality of short-circuit induction penetrating portions 123a-4 in the insulator 123-4 may be formed, and may be formed in a perforated line shape.
  • the short circuit induction through portion has a size such that the first can and the second can cannot contact each other when the battery is in a normal state, but when the battery is in an abnormal state, the first can and the second can contact each other as the shape is deformed. You can.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a state before and after deformation of an insulator in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 9 (a) shows the state before deformation of the insulator
  • Fig. 9 (b) shows the state after deformation.
  • a plurality of short-circuit inducing through-holes are formed of through-holes, resulting in a deformation amount of 0.10647 mm when a breakdown voltage is generated in the lattice-shaped insulator.
  • the shape is deformed as the insulator contracts or expands under high temperature or high pressure, and a short circuit between the first can and the second can may be short-circuited through the short circuit guide through portion.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a secondary battery according to another embodiment of the present invention
  • Figure 11 is an exploded perspective view showing a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • the first electrode 211, the separator 214, and the second electrode 212 are alternately stacked and wound around the electrode assembly.
  • the first can 221 and the second can 222 for receiving the 210 and the electrode assembly 210 therein, the first can 221 and the second can 222 It includes an insulator 223 to insulate the overlapping portion of.
  • the secondary battery 200 when compared with the secondary battery according to the above-described embodiment, the first can 221 and the second can 222 material and the first electrode connected thereto ( 211) and the polarity of the second electrode 212. Therefore, in this embodiment, contents overlapping with one embodiment are briefly described, and the differences are described.
  • the can 220 is formed with an accommodating portion accommodating the electrode assembly 210 therein, and is formed in a cylindrical shape opened in a direction facing each other.
  • a can 221 and a second can 222 may be included.
  • first can 221 may be electrically connected to the first electrode 211
  • second can 222 may be electrically connected to the second electrode 212.
  • first can 221 and the second can 222 is formed in a cylindrical shape, the inner circumferential surface of the first can 221 is formed larger than the outer circumferential surface of the second can 222, the second can 222 It may be inserted into the first can 221.
  • the first can 221 is a first opening (not shown) that is opened in one direction (C1) in one side portion (221b) is formed, the first side closed in the other direction (C2) in the other side (221c)
  • the connecting portion 221a may be formed.
  • the second can 222 has a second opening 222d having a second opening 222d opened in the other direction C2 on the other side 222c and closed in one direction C1 on one side 222b. ) May be formed.
  • an end of the first electrode 211 may be connected to the first connection portion 221a
  • an end of the second electrode 212 may be connected to the second connection portion 222a.
  • the insulator 223 may include an insulating material to insulate the overlapping portion between the first can 221 and the second can 222.
  • the insulator 223 may be formed with a short-circuit guide through portion 123a-1 formed in a through hole or a perforated line shape.
  • a short circuit between the first can 221 and the second can 222 may be short-circuited through the short-circuit induction penetrating portion 123a-1 whose shape is deformed as the insulator 223 contracts or expands under heat or pressure. Yes (see Figure 5)
  • the first can 221 may be formed of aluminum
  • the second can 222 may be formed of steel
  • the material of the second can 222 which is located inside the can 220, is formed of steel, forcibly fitting the first can 221 and the second can 222 due to high physical properties. It may be easy to combine with (in the present invention, the first can and the second can is preferably coupled by interference fit), and when the external force is generated, the electrode assembly 210 accommodated in the can 220, etc. It can be easy to protect the water.
  • the first can 221 which is located outside the can 220, is formed of aluminum having a high strain, so that when the first can 221 is deformed by an external force, the insulator 223 is deformed and a short circuit is induced through. A portion between the first can 221 and the second can 222 may be easily shorted through the portion 123a-1 (see FIG. 5).
  • the first electrode 211 may be formed of an anode
  • the second electrode 212 may be formed of a cathode
  • FIG. 112 is a perspective view showing a secondary battery according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is an exploded perspective view showing a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • the first electrode 311, the separator 314, and the second electrode 312 are alternately stacked and wound.
  • the secondary battery 300 according to another embodiment of the present invention has a difference in shape of the can 310 when compared with the secondary battery according to the above-described embodiment and the secondary battery according to another embodiment. Therefore, in this embodiment, contents overlapping with one embodiment are omitted or briefly described, and the differences are described.
  • the can 320 is formed of a receiving portion that accommodates the electrode assembly 310 therein, and is formed in a cylindrical shape opened in a direction facing each other.
  • One can 321 and the second can 322 may be included.
  • first can 321 may be electrically connected to the first electrode 311, and the second can 322 may be electrically connected to the second electrode 312.
  • first can 321 and the second can 322 are formed in a square cylindrical shape, the inner width of the first can 321 is formed larger than the outer width of the second can 322, the second can ( 322) may be inserted into the first can 321.
  • the first can 321 is a first opening (not shown) that is opened in one direction (C1) in one side portion (321b) is formed, the first side closed in the other direction (C2) in the other side (321c)
  • the connecting portion 321a may be formed.
  • the second can 322 has a second opening 322d having a second opening 322d opened in the other direction C2 in the other side 322c and closed in one direction C1 in one side 322b. ) May be formed.
  • an end portion of the first electrode 311 may be connected to the first connection portion 321a
  • an end portion of the second electrode 312 may be connected to the second connection portion 322a.
  • the insulator 323 may include an insulating material to insulate the overlapping portion between the first can 321 and the second can 322.
  • the insulator 323 may be formed with a short-circuit guide through portion 323a formed in a through hole or a perforated line shape.
  • the first can 321 and the second can 322 may be short-circuited through a short-circuit induction through portion 323a whose shape is deformed as the insulator 323 contracts or expands under heat or pressure.
  • the first can 321 is formed of steel
  • the second can 322 is formed of aluminum. You can.
  • first can 321 may be formed of aluminum
  • second can 322 may be formed of steel
  • the first electrode 311 may be formed of a cathode
  • the second electrode 312 may be formed of a cathode
  • the first electrode 311 may be formed of an anode
  • the second electrode 312 may be formed of a cathode
  • An electrode assembly a can having a receiving portion for receiving the electrode assembly therein, a can including a first can and a second can formed in a cylindrical shape opened in opposite directions, and between the first can and the second can
  • a secondary battery composed of an insulator formed with a short-circuit-inducing through portion formed in a through-hole shape insulating an overlapping portion was manufactured.
  • the outer can which is the first can located outside, is formed of a steel material
  • the inner can which is the second can located inside, is formed of an aluminum material.
  • the thickness of the inner can is 0.1t.
  • the outer diameter of the inner can was formed to 50 mm.
  • An electrode assembly a can having a receiving portion for receiving the electrode assembly therein, a can including a first can and a second can formed in a cylindrical shape opened in opposite directions, and between the first can and the second can
  • a secondary battery composed of an insulator formed with a short-circuit-inducing through portion formed in a through-hole shape insulating an overlapping portion was manufactured.
  • the outer can which is the first can located outside, is formed of an aluminum material
  • the inner can which is the second can located inside, is formed of a steel material.
  • the thickness of the inner can is 0.1t.
  • the outer diameter of the inner can was formed to 50 mm.
  • 16 is a view showing the displacement received by the can in the secondary battery according to Comparative Example 1.
  • An electrode assembly a can having a receiving portion for receiving the electrode assembly therein, a can including a first can and a second can formed in a cylindrical shape opened in opposite directions, and between the first can and the second can
  • a secondary battery composed of an insulator in which a short circuit-inducing through portion formed in a through-hole shape insulating an overlapping portion is not formed was manufactured.
  • the outer can which is the first can located outside, is formed of a steel material
  • the inner can which is the second can located inside, is formed of an aluminum material.
  • the thickness of the inner can is 0.1t.
  • the outer diameter of the inner can was formed to 50 mm.
  • 17 is a view showing the displacement received by the can in the secondary battery according to Comparative Example 2.
  • An electrode assembly a can having a receiving portion for receiving the electrode assembly therein, a can including a first can and a second can formed in a cylindrical shape opened in opposite directions, and between the first can and the second can
  • a secondary battery composed of an insulator in which a short circuit-inducing through portion insulating an overlapping portion was not formed was manufactured.
  • the outer can which is the first can located outside, is formed of an aluminum material
  • the inner can which is the second can located inside, is formed of a steel material.
  • the thickness of the inner can is 0.1t.
  • the outer diameter of the inner can was formed to 50 mm.
  • the internal pressure acting on the can is 1.5 MPa, and both act outward, and the upper and lower faces indicate the displacement received by the inner can due to the pressure expanding from the inside to the outside of the battery when the same constraint is applied.
  • an insulator in which a short circuit induction through portion formed in a through hole shape is not formed is formed in a through hole shape than Comparative Examples 1 and 2 provided between the outer can and the inner can. It can be seen that the insulator having the short-circuit induction penetrating portion formed between the outer can and the inner can has more expansion in the manufacturing examples 1 and 2.

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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지는, 제1 전극, 분리막, 제2 전극이 교대로 적층되어 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 수용부가 형성된 캔으로서, 상호 마주보는 방향으로 개구된 통형으로 형성되는 제1 캔 및 제2 캔을 포함하는 캔 및 상기 제1 캔 및 상기 제2 캔 사이의 중첩 부분을 절연하는 절연체를 포함하고, 상기 제1 캔은 상기 제1 전극과 전기적으로 접속되고, 상기 제2 캔은 상기 제2 전극과 전기적으로 접속되며, 상기 절연체에는 관통홀 또는 절취선 형태로 형성되는 단락 유도 관통부가 형성되고, 상기 절연체가 열 또는 압력을 받아 수축 또는 팽창함에 따라 형태가 변형되는 상기 단락 유도 관통부를 통해 상기 제1 캔 및 상기 제2 캔 사이가 단락된다.

Description

이차전지
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2018년 10월 05일자 한국특허출원 제10-2018-0118867호 및 2019년 10월 02일자 한국특허출원 제10-2019-0122402호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인 셀, 원통형 셀, 각형 셀, 및 파우치형 셀로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다. 이중 젤리 롤형 전극 조립체는 제조가 용이하면서도 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.
본 발명의 하나의 관점은 고열 및 고압 발생 시 단락을 유도하여 전지 안정성을 향상시킬 수 있는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는, 제1 전극, 분리막, 제2 전극이 교대로 적층되어 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 수용부가 형성된 캔으로서, 상호 마주보는 방향으로 개구된 통형으로 형성되는 제1 캔 및 제2 캔을 포함하는 캔 및 상기 제1 캔 및 상기 제2 캔 사이의 중첩 부분을 절연하는 절연체를 포함하고, 상기 제1 캔은 상기 제1 전극과 전기적으로 접속되고, 상기 제2 캔은 상기 제2 전극과 전기적으로 접속되며, 상기 절연체에는 관통홀 또는 절취선 형태로 형성되는 단락 유도 관통부가 형성되고, 상기 절연체가 열 또는 압력을 받아 수축 또는 팽창함에 따라 형태가 변형되는 상기 단락 유도 관통부를 통해 상기 제1 캔 및 상기 제2 캔 사이가 단락될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 전극 및 제2 전극을 제1 캔 및 제2 캔에 전기적으로 접속시키고, 제1 캔 및 제2 캔 사이를 절연하는 단락 유도 관통부가 형성된 절연체를 포함하여, 절연체가 고열 또는 고압을 받아 수축 또는 팽창함에 따라 형태가 변형되어, 단락 유도 관통부를 통해 제1 캔 및 제2 캔 사이가 단락될 수 있다. 이에 따라, 전지의 에너지 준위를 낮추어 전지의 폭발을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 절연체의 제1 예를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 절연체의 제2 예를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 절연체의 제3 예를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 절연체의 제4 예를 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 절연체의 변형 전,후 상태를 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 분해 사시도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 분해 사시도이다.
도 14는 제조예 1에 따른 이차전지에서 캔이 받는 변위를 표시한 도면이다.
도 15는 제조예 2에 따른 이차전지에서 캔이 받는 변위를 표시한 도면이다.
도 16은 비교예 1에 따른 이차전지에서 캔이 받는 변위를 표시한 도면이다.
도 17은 비교예 2에 따른 이차전지에서 캔이 받는 변위를 표시한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 제1 전극(111), 분리막(114), 제2 전극(112)이 교대로 적층되어 권취된 전극 조립체(110) 및 전극 조립체(110)를 내부에 수용하는 제1 캔(121) 및 제2 캔(122)을 포함하는 캔(120)과, 제1 캔(121) 및 제2 캔(122) 사이의 중첩 부분을 절연하는 절연체(123)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 분해 사시도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 이차전지에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 전극 조립체(110)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(113)과 분리막(114)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다. 여기서, 전극 조립체(110)는 권취된 형태를 가질 수 있다.
전극(113)은 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)을 포함할 수 있다. 그리고, 분리막(114)은 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)을 분리하여 전기적으로 절연시킨다. 여기서, 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)은 시트(Sheet) 형태로 형성되어 분리막(114)과 함께 권취되고, 젤리 롤(Jelly roll) 형으로 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(110)는 예를 들어 원기둥 형태로 권취될 수 있다.
제1 전극(111)은 제1 전극 집전체(111a) 및 제1 전극 집전체(111a)에 도포된 제1 전극 활물질(111b)을 포함할 수 있다. 그리고, 제1 전극(111)은 제1 전극 활물질(111b)이 코팅되지 않은 제1 전극 무지부(111c)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 전극(111)은 예를 들어 음극으로 이루어져, 음극 집전체(미도시) 및 음극 집전체에 도포된 음극 활물질(미도시)을 포함하고, 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부가 형성될 수 있다.
음극 집전체는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다. 음극 활물질은 예를 들어 인조흑연, 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 이때, 음극 활물질은 예를 들어 비흑연계의 SiO(silica, 실리카) 또는 SiC(silicon carbide, 실리콘카바이드) 등이 더 포함되어 이루어질 수 있다.
제2 전극(112)은 제2 전극 집전체(112a) 및 제2 전극 집전체(112a)에 도포된 제2 전극 활물질(112b)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 전극(112)은 제2 전극 활물질(112b)이 코팅되지 않은 제2 전극 무지부(112c)를 포함할 수 있다.
여기서, 제2 전극(112)은 예를 들어 양극으로 이루어져, 양극 집전체(미도시) 및 양극 집전체에 도포된 양극 활물질(미도시)을 포함하고, 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부가 형성될 수 있다.
양극 집전체는 예를 들어 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있고, 양극 활물질은 예를 들어 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
분리막(114)은 절연 재질로 이루어져 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)과 교대로 적층된다. 여기서, 분리막(114)은 제1 전극(111) 및 제2 전극(112) 사이와, 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)의 외측면에 위치될 수 있다. 이때, 분리막(114)은 전극 조립체(110)의 권취 시 폭방향으로 최외각에도 위치될 수 있다.
또한, 분리막(114)은 연성이 있는 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 분리막(114)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 정면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 절연체의 제1 예를 나타낸 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 캔(120)은 전극 조립체(110)를 내부에 수용하는 수용부가 형성되고, 상호 마주보는 방향으로 개구된 통형으로 형성되는 제1 캔(121) 및 제2 캔(122)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 캔(121)은 제1 전극(111)과 전기적으로 접속되고, 제2 캔(122)은 제2 전극(112)과 전기적으로 접속될 수 있다.
또한, 제1 캔(121) 및 제2 캔(122)은 원통형으로 형성되고, 제1 캔(121)의 내주면은 제2 캔(122)의 외주면 보다 크게 형성되어, 제2 캔(122)이 제1 캔(121)에 삽입될 수 있다.
아울러, 제1 캔(121)은 일측부(121b)에 일측 방향(C1)으로 개구된 제1 개구부(미도시)가 형성되고, 타측부(121c)에 타측 방향(C2)으로 폐쇄된 제1 접속부(121a)가 형성될 수 있다. 제2 캔(122)은 타측부(122c)에 타측 방향(C2)으로 개구된 제2 개구부(122d)가 형성되고, 일측부(122b)에 일측 방향(C1)으로 폐쇄된 제2 접속부(122a)가 형성될 수 있다. 이때, 제1 전극(111)의 단부는 제1 접속부(121a)에 접속되고, 제2 전극(112)의 단부는 제2 접속부(122a)에 접속될 수 있다.
여기서, 절연체(123)의 일측 단부(123b)는 제1 캔(121)의 일측 단부 보다 제2 접속부(122a)에 더 가까이 위치되도록 연장될 수 있다. 그리고, 절연체(123)의 타측 단부(123c)는 제2 캔(122)의 타측 단부 보다 제1 접속부(121a)에 더 가까이 위치되도록 연장될 수 있다. 다만, 이하에서 살펴보듯이 절연체가 제2 캔의 외주면에 코팅되는 형태로 형성될 경우에는 절연체(123)의 타측 단부(123c)는 제2 캔(122)의 타측 단부는 서로 일치되도록 형성될 수 있다.
이때, 단락 방지를 위해, 제1 캔(121)의 일측 단부에서 절연체(123)의 일측 단부(123b)까지의 거리(a)는 0 보다 크고, 제2 캔(122)의 타측 단부에서 절연체(123)의 타측 단부(123c)까지의 거리(b)는 O 보다 클 수 있다.
절연체(123)는 절연 재질을 포함하여 제1 캔(121) 및 제2 캔(122) 사이의 중첩 부분을 절연할 수 있다.
또한, 도 2 및 도 5를 참고하면, 절연체(123)는 관통홀 또는 절취선 형태로 형성되는 단락 유도 관통부(123a-1)가 형성될 수 있다. 여기서, 절연체(123)가 고열 또는 고압을 받아 수축 또는 팽창함에 따라 형태가 변형되는 단락 유도 관통부(123a-1)를 통해 제1 캔(121) 및 제2 캔(122) 사이가 단락될 수 있다. 이에 따라, 이차전지(100)의 에너지 준위를 낮추어 이차전지(100)의 폭발을 방지할 수 있다. 이는, 절연체(123)가 일정 온도 및 일정 압력 이상을 받을 때 수축 또는 팽창하는 성질을 이용한 것이다. 비정상적인 상황에서 캔의 온도가 올라가거나 캔이 팽창할 때, 절연에 역시 고열 고압을 받게 되며, 그에 따라 절연체는 수축 또는 팽창하여 형태가 변형될 수 있다.
절연체(123)는 폴리머(Polymer) 재질을 포함할 수 있다. 그리고, 폴리머 재질은 예를 들어 PE(polyethylene), PP(polypropylene) 및 PET(polyethylene terephthalate) 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있다. 여기서, 폴리머 재질은 구체적으로 예를 들어 180℃ 이하에서 녹는 점을 갖는 PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 재질로 형성될 수 있다. 이때, 폴리머 재질은 보다 구체적으로 예를 들어 110℃의 녹는 점을 갖는 저중밀도 PE 또는 120~180℃ 이하의 녹는 점을 갖는 중고중밀도 PE로 이루어질 수 있다. 배터리는 약 180도~200도 정도에서 폭발하는 바, 위와 같은 재질의 절연체가 사용될 경우 배터리 폭발에 이르기 전에 제1 캔(121) 및 제2 캔(122) 사이가 단락되어 에너지 준위가 낮아질 수 있다.
한편, 저항(R)은 비저항과 두께당 면적을 곱한 값이므로, 원통형 절연체(123)의 저항(R)은,
R=재질(p)*두께(t)/A=재질(p)*두께(t)/(지름(d)*높이(L))과 같이 쓸 수 있다.
저항이 크면 갑작스런 발열량이 적어지는 장점이 있다. 하지만 저항이 너무 크면 발열량 자체가 너무 적어질 수 있으므로, 적절한 범위의 발열량을 갖게끔 저항을 조절할 수 있다. 이때, 재질(p)과 형상(d, L, t)을 변경하며 절연체(123)의 저항을 조절할 수 있다.
한편, 절연체(123)는 일례로 제2 캔(122)의 외주면에 코팅(Coating)되어 코팅층을 형성할 수 있다. 이때, 절연체(123)는 제2 캔(122)의 외주면에 절연 물질을 코팅하여 형성될 수 있다.
아울러, 절연체(123)는 다른 예로 제2 캔(122)의 외주면에 페인팅, 프린팅, 클래딩, 라미네이션, 스프레잉, 마스킹, 디핑, 본딩 중에서 어느 하나의 형태로 부착될 수 있다. 보다 상세히, 제2 캔(122)의 외주면에 절연 물질을 칠하는 페인팅(painting), 제2 캔(122)의 외주면에 절연 물질을 프린트하는 프린팅(printing), 제2 캔(122)의 외주면에 절연 물질을 분무하는 스프레잉(spraying), 제2 캔(122)의 외주면에 마스킹제 또는 마스크를 제외한 부분에 절연 물질을 부착시키는 마스킹(masking), 제2 캔(122)의 외주면을 절연액에 넣어 절연막을 형성시키는 디핑(dipping), 제2 캔(122)의 외주면을 절연체를 접착성분을 통해 접착시키는 본딩(bonding), 및 제2 캔(122)의 외주면에 절연체(123)를 라미네이팅 하는 라미네이션(lamination)을 통해 절연체(123)가 제2 캔(122)의 외주면에 형성될 수 있다.
한편, 예를 들어 외측에 위치되는 제1 캔(121)은 스틸(Steel)을 포함하여 형성되고, 내측에 위치되는 제2 캔(122)은 알루미늄을 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 제2 캔(122)의 재질이 알루미늄을 포함하여 형성되어 고열에 따른 제2 캔(122)의 팽창이 잘 일어날 수 있고, 이에 따라, 제2 캔(122)의 외면에 부착된 절연체(123)의 팽창이 잘 일어나, 절연체(123)에 형성된 단락 유도 관통부(123a-1)를 통해 고열로 인한 제1 캔(121) 및 제2 캔(122) 사이의 단락이 잘 일어날 수 있다.
이때, 제1 전극(111)은 음극으로 이루어지고, 제2 전극(112)은 양극으로 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 절연체의 제2 예를 나타낸 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 절연체의 제3 예를 나타낸 사시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 절연체의 제4 예를 나타낸 사시도이다.
한편, 도 5를 참고하면, 제1 예로 절연체(123-1)에서 단락 유도 관통부(123a-1)는 복수개로 형성되어, 적어도 하나 이상의 열을 형성할 수 있다. 이때, 구체적으로 예를 들어 단락 유도 관통부(123a-1)는 관통홀로 형성되어 절연체(123-1)의 길이방향을 따라 열을 형성할 수 있다.
또한, 도 6을 참고하면, 제2 예로 절연체(123-2)에서 단락 유도 관통부(123a-2)는 복수개로 형성되어, 적어도 하나 이상의 행을 형성할 수 있다. 이때, 구체적으로 예를 들어 단락 유도 관통부(123a-2)는 관통홀로 형성되어 절연체의 길이방향을 따라 열을 형성할 수 있다.
아울러, 도 7을 참고하면, 제3 예로 절연체(123-3)에서 단락 유도 관통부(123a-3)는 복수개로 형성되어, 격자 형태를 형성할 수 있다. 이때, 구체적으로 예를 들어 단락 유도 관통부(123a-3)는 관통홀로 형성될 수 있다.
아울러, 도 8을 참고하면, 제4 예로 절연체(123-4)에서 단락 유도 관통부(123a-4)는 복수개로 형성되어, 절취선 형태로 형성될 수 있다.
단락 유도 관통부는 전지가 정상 상태에 있을 때는 제1 캔과 제2 캔이 서로 닿지 못할 정도의 크기를 가지고 있으나, 전지가 비정상 상태일때는 형태가 변형되면서 제1 캔과 제2 캔이 서로 닿게 될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 절연체의 변형 전,후 상태를 나타낸 사시도이다. 여기서, 도 9(a)는 절연체의 변형 전 상태를 나타내고, 도 9(b)는 변형 후 상태를 나타낸다.
도 9를 참고하면, 단락 유도 관통부가 복수개로 관통홀로 형성되어, 격자 형태된 절연체에서 내압 발생 시 0.10647mm의 변형량이 발생한 것을 알 수 있다.
결국, 절연체가 고열 또는 고압을 받아 수축 또는 팽창함에 따라 형태가 변형되어, 단락 유도 관통부를 통해 제1 캔 및 제2 캔 사이가 단락될 수 있음을 알 수 있다.
이하에서는 다른 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 분해 사시도이다.
도 10 및 도 11을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)는 제1 전극(211), 분리막(214), 제2 전극(212)이 교대로 적층되어 권취된 전극 조립체(210) 및 전극 조립체(210)를 내부에 수용하는 제1 캔(221) 및 제2 캔(222)을 포함하는 캔(220)과, 제1 캔(221) 및 제2 캔(222) 사이의 중첩 부분을 절연하는 절연체(223)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)는 전술한 일 실시예에 따른 이차전지와 비교할 때, 제1 캔(221) 및 제2 캔(222)의 재질 및 이와 연결되는 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)의 극성의 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)에서 캔(220)은 전극 조립체(210)를 내부에 수용하는 수용부가 형성되고, 상호 마주보는 방향으로 개구된 통형으로 형성되는 제1 캔(221) 및 제2 캔(222)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 캔(221)은 제1 전극(211)과 전기적으로 접속되고, 제2 캔(222)은 제2 전극(212)과 전기적으로 접속될 수 있다.
또한, 제1 캔(221) 및 제2 캔(222)은 원통형으로 형성되고, 제1 캔(221)의 내주면은 제2 캔(222)의 외주면 보다 크게 형성되어, 제2 캔(222)이 제1 캔(221)에 삽입될 수 있다.
아울러, 제1 캔(221)은 일측부(221b)에 일측 방향(C1)으로 개구된 제1 개구부(미도시)가 형성되고, 타측부(221c)에 타측 방향(C2)으로 폐쇄된 제1 접속부(221a)가 형성될 수 있다. 제2 캔(222)은 타측부(222c)에 타측 방향(C2)으로 개구된 제2 개구부(222d)가 형성되고, 일측부(222b)에 일측 방향(C1)으로 폐쇄된 제2 접속부(222a)가 형성될 수 있다. 이때, 제1 전극(211)의 단부는 제1 접속부(221a)에 접속되고, 제2 전극(212)의 단부는 제2 접속부(222a)에 접속될 수 있다.
절연체(223)는 절연 재질을 포함하여 제1 캔(221) 및 제2 캔(222) 사이의 중첩 부분을 절연할 수 있다.
또한, 절연체(223)는 관통홀 또는 절취선 형태로 형성되는 단락 유도 관통부(123a-1)가 형성될 수 있다. 여기서, 절연체(223)가 열 또는 압력을 받아 수축 또는 팽창함에 따라 형태가 변형되는 단락 유도 관통부(123a-1)를 통해 제1 캔(221) 및 제2 캔(222) 사이가 단락될 수 있다.(참조 도 5)
그리고, 제1 캔(221)은 알루미늄을 포함하여 형성되고, 제2 캔(222)은 스틸(Steel)을 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 캔(220)에서 내측에 위치되는 제2 캔(222)의 재질이 스틸을 포함하여 형성되어, 강성이 큰 물성으로 인해 제1 캔(221)과 제2 캔(222)을 억지 끼워맞춤으로 결합하기에 용이할 수 있고(본 발명에서 제1 캔과 제2 캔은 억지 끼워맞춤으로 결합되는 것이 바람직하다), 외력 발생 시 캔(220) 내부에 수용되는 전극 조립체(210) 등의 수용물을 보호하기 용이할 수 있다. 또한, 캔(220)에서 외측에 위치되는 제1 캔(221)이 변형률이 높은 알루미늄을 포함하여 형성되어, 외력에 의한 제1 캔(221)의 변형 시 절연체(223)가 변형되며 단락 유도 관통부(123a-1)를 통해 제1 캔(221) 및 제2 캔(222) 사이가 용이하게 단락될 수 있다.(참조 도 5)
이때, 제1 전극(211)은 양극으로 이루어지고, 제2 전극(212)은 음극으로 이루어질 수 있다.
이하에서는 또 다른 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 112는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이고, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 분해 사시도이다.
도 12 및 도 13을 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(300)는 제1 전극(311), 분리막(314), 제2 전극(312)이 교대로 적층되어 권취된 전극 조립체(310) 및 전극 조립체(310)를 내부에 수용하는 제1 캔(321) 및 제2 캔(322)을 포함하는 캔(320)과, 제1 캔(321) 및 제2 캔(322) 사이의 중첩 부분을 절연하는 절연체(323)를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(300)는 전술한 일 실시예에 따른 이차전지 및 다른 실시예에 따른 이차전지와 비교할 때, 캔(310)의 형태에 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(300)에서 캔(320)은 전극 조립체(310)를 내부에 수용하는 수용부가 형성되고, 상호 마주보는 방향으로 개구된 통형으로 형성되는 제1 캔(321) 및 제2 캔(322)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 캔(321)은 제1 전극(311)과 전기적으로 접속되고, 제2 캔(322)은 제2 전극(312)과 전기적으로 접속될 수 있다.
또한, 제1 캔(321) 및 제2 캔(322)은 사각 통형으로 형성되고, 제1 캔(321)의 내측 너비는 제2 캔(322)의 외측 너비 보다 크게 형성되어, 제2 캔(322)이 제1 캔(321)에 삽입될 수 있다.
아울러, 제1 캔(321)은 일측부(321b)에 일측 방향(C1)으로 개구된 제1 개구부(미도시)가 형성되고, 타측부(321c)에 타측 방향(C2)으로 폐쇄된 제1 접속부(321a)가 형성될 수 있다. 제2 캔(322)은 타측부(322c)에 타측 방향(C2)으로 개구된 제2 개구부(322d)가 형성되고, 일측부(322b)에 일측 방향(C1)으로 폐쇄된 제2 접속부(322a)가 형성될 수 있다. 이때, 제1 전극(311)의 단부는 제1 접속부(321a)에 접속되고, 제2 전극(312)의 단부는 제2 접속부(322a)에 접속될 수 있다.
절연체(323)는 절연 재질을 포함하여 제1 캔(321) 및 제2 캔(322) 사이의 중첩 부분을 절연할 수 있다.
또한, 절연체(323)는 관통홀 또는 절취선 형태로 형성되는 단락 유도 관통부(323a)가 형성될 수 있다. 여기서, 절연체(323)가 열 또는 압력을 받아 수축 또는 팽창함에 따라 형태가 변형되는 단락 유도 관통부(323a)를 통해 제1 캔(321) 및 제2 캔(322) 사이가 단락될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(300)에서, 일례로 제1 캔(321)은 스틸(Steel)을 포함하여 형성되고, 제2 캔(322)은 알루미늄을 포함하여 형성될 수 있다.
아울러, 다른 예로 제1 캔(321)은 알루미늄을 포함하여 형성되고, 제2 캔(322)은 스틸(Steel)을 포함하여 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(300)에서, 일례로 제1 전극(311)은 음극으로 이루어지고, 제2 전극(312)은 음극으로 이루어질 수 있다.
아울러, 다른 예로 제1 전극(311)은 양극으로 이루어지고, 제2 전극(312)은 음극으로 이루어질 수 있다.
< 제조예 1 >
도 14는 제조예 1에 따른 이차전지에서 캔이 받는 변위를 표시한 도면이다.
전극 조립체와, 전극 조립체를 내부에 수용하는 수용부가 형성된 캔으로서, 상호 마주보는 방향으로 개구된 원통형으로 형성되는 제1 캔 및 제2 캔을 포함하는 캔, 및 제1 캔 및 제2 캔 사이의 중첩 부분을 절연하는 관통홀 형태로 형성되는 단락 유도 관통부가 형성된 절연체로 구성된 이차전지를 제조하였다.
여기서, 외측에 위치되는 제1 캔인 외측 캔은 스틸(Steel) 재질로 형성되고, 내측에 위치되는 제2 캔인 내측 캔은 알루미늄 재질로 형성하였다. 여기서, 외측 캔의 두께는 0.1t(t=1mm)이고, 내측 캔의 두께는 0.1t이다.
그리고, 절연체는 폴리머 PP 재질로 이루어지고, 0.1t(t=1mm)의 두께로 형성하였다.
내측 캔의 외경은 50mm로 형성하였다.
< 제조예 2 >
도 15는 제조예 2에 따른 이차전지에서 캔이 받는 변위를 표시한 도면이다.
전극 조립체와, 전극 조립체를 내부에 수용하는 수용부가 형성된 캔으로서, 상호 마주보는 방향으로 개구된 원통형으로 형성되는 제1 캔 및 제2 캔을 포함하는 캔, 및 제1 캔 및 제2 캔 사이의 중첩 부분을 절연하는 관통홀 형태로 형성되는 단락 유도 관통부가 형성된 절연체로 구성된 이차전지를 제조하였다.
여기서, 외측에 위치되는 제1 캔인 외측 캔은 알루미늄 재질로 형성되고, 내측에 위치되는 제2 캔인 내측 캔은 스틸(Steel) 재질로 형성하였다. 여기서, 외측 캔의 두께는 0.1t(t=1mm)이고, 내측 캔의 두께는 0.1t이다.
그리고, 절연체는 PP재질로 이루어지고, 0.1t(t=1mm)의 두께로 형성하였다.
내측 캔의 외경은 50mm로 형성하였다.
< 비교예 1 >
도 16은 비교예 1에 따른 이차전지에서 캔이 받는 변위를 표시한 도면이다.
전극 조립체와, 전극 조립체를 내부에 수용하는 수용부가 형성된 캔으로서, 상호 마주보는 방향으로 개구된 원통형으로 형성되는 제1 캔 및 제2 캔을 포함하는 캔, 및 제1 캔 및 제2 캔 사이의 중첩 부분을 절연하는 관통홀 형태로 형성되는 단락 유도 관통부가 형성되지 않은 절연체로 구성된 이차전지를 제조하였다.
여기서, 외측에 위치되는 제1 캔인 외측 캔은 스틸(Steel) 재질로 형성되고, 내측에 위치되는 제2 캔인 내측 캔은 알루미늄 재질로 형성하였다. 여기서, 외측 캔의 두께는 0.1t(t=1mm)이고, 내측 캔의 두께는 0.1t이다.
그리고, 절연체는 폴리머 PP 재질로 이루어지고, 0.1t(t=1mm)의 두께로 형성하였다.
내측 캔의 외경은 50mm로 형성하였다.
< 비교예 2 >
도 17은 비교예 2에 따른 이차전지에서 캔이 받는 변위를 표시한 도면이다.
전극 조립체와, 전극 조립체를 내부에 수용하는 수용부가 형성된 캔으로서, 상호 마주보는 방향으로 개구된 원통형으로 형성되는 제1 캔 및 제2 캔을 포함하는 캔, 및 제1 캔 및 제2 캔 사이의 중첩 부분을 절연하는 단락 유도 관통부가 형성되지 않은 절연체로 구성된 이차전지를 제조하였다.
여기서, 외측에 위치되는 제1 캔인 외측 캔은 알루미늄 재질로 형성되고, 내측에 위치되는 제2 캔인 내측 캔은 스틸(Steel) 재질로 형성하였다. 여기서, 외측 캔의 두께는 0.1t(t=1mm)이고, 내측 캔의 두께는 0.1t이다.
그리고, 절연체는 폴리머 PP 재질로 이루어지고, 0.1t(t=1mm)의 두께로 형성하였다.
내측 캔의 외경은 50mm로 형성하였다.
< 실험예 >
캔에 작용하는 내압은 1.5MPa이고, 모두 바깥 방향으로 작용하며, 위/아래 면은 같은 구속조건을 주었을때, 전지의 안쪽에서 바깥 쪽으로 팽창하는 압력에 의한 내측 캔이 받는 변위를 표시하였다.
실험 결과, 도 14를 참고할 때 제조예 1인 알루미늄(Al) 재질의 캔이 안쪽에 있을 때 0.30865mm의 변형량이 발생하였고, 도 15를 참고할 때, 제조예 2인 스틸(Steel) 재질의 캔이 안쪽에 있을 때 0.08009mm의 변형량이 발생한 것을 알 수 있다. 즉, 알루미늄(Al) 재질의 캔이 안쪽에 있을때, 스틸(Steel) 재질의 캔 보다 낮은 탄성계수로 인하여 스틸(Steel)이 안쪽에 있을 때보다 더 많은 팽창을 함을 알 수 있다. 또한, 소성변형까지 일어나서 충분한 변형이 이루어질 것을 예상할 수 있다. 같은 조건에서 팽창이 크다는 것은 같은 조건에서 단락 유도 관통부의 변형이 더 크다는 것을 의미할 수 있다. 단락 유도 관통부의 변형이 더 큰 경우 제1 캔과 제2 캔의 단락이 더 용이하게 일어날 수 있다. 다만, 스틸(Steel) 재질의 캔이 안쪽에 있을 경우, 강성이 큰 스틸(Steel) 물성으로 인해 캔(Can)과 캔(Can)끼리 끼우는 공정(억지 끼움 공정)이 용이할 수 있다.
또한, 도 16을 참고할 때 비교예 1인 알루미늄(Al) 재질의 캔이 안쪽에 있을 때 0.09127mm의 변형량이 발생하였고, 도 17을 참고할 때, 비교예 2인 스틸(Steel) 재질의 캔이 안쪽에 있을때 0.03965mm의 변형량이 발생한 것을 알 수 있다.
따라서, 도 14 내지 도 17에 나타난 바와 같이, 관통홀 형태로 형성되는 단락 유도 관통부가 형성되지 않은 절연체가 외측 캔 및 내측 캔 사이에 구비된 비교예 1 및 비교예 2 보다, 관통홀 형태로 형성되는 단락 유도 관통부가 형성된 절연체가 외측 캔 및 내측 캔 사이에 구비된 제조예 1 및 제조예 2에서 더 많은 팽창이 캔에서 발생된 것을 알 수 있다.
결국, 팽창이 크다는 것은 같은 조건에서 절연체의 변형이 더 크다는 것을 의미하고, 결국, 단락 유도 관통부의 변형이 크게 발생됨에 따라 제1 캔과 제2 캔의 단락이 용이하게 일어날 수 있음을 알 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (18)

  1. 제1 전극, 분리막, 제2 전극이 교대로 적층되어 권취된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 수용부가 형성된 캔으로서, 상호 마주보는 방향으로 개구된 통형으로 형성되는 제1 캔 및 제2 캔을 포함하는 캔; 및
    상기 제1 캔 및 상기 제2 캔 사이의 중첩 부분을 절연하는 절연체;를 포함하고,
    상기 제1 캔은 상기 제1 전극과 전기적으로 접속되고, 상기 제2 캔은 상기 제2 전극과 전기적으로 접속되며,
    상기 절연체에는 관통홀 또는 절취선 형태로 형성되는 단락 유도 관통부가 형성되고,
    상기 절연체가 열 또는 압력을 받아 수축 또는 팽창함에 따라 형태가 변형되는 상기 단락 유도 관통부를 통해 상기 제1 캔 및 상기 제2 캔 사이가 단락되는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단락 유도 관통부는 복수개로 형성되는 이차전지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 절연체에는 상기 단락 유도 관통부가 적어도 하나 이상의 열 또는 행으로 형성되는 이차전지.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 절연체에는 상기 단락 유도 관통부가 격자 형태로 형성되는 이차전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연체는 폴리머 재질을 포함하는 이차전지.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 폴리머 재질은 PE, PP 및 PET 중에서 어느 하나로 이루어지는 이차전지.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 폴리머 재질은 180℃ 이하에서 녹는 점을 갖는 PE 또는 PP 재질로 형성되는 이차전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 캔 및 상기 제2 캔은 원통형으로 형성되고,
    상기 제1 캔의 내주면은 상기 제2 캔의 외주면 보다 크게 형성되어, 상기 제2 캔이 상기 제1 캔에 삽입되는 이차전지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 절연체는 상기 제2 캔의 외주면에 코팅되어 코팅층을 형성하는 이차전지.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 절연체는 상기 제2 캔의 외주면에 페인팅, 프린팅, 클래딩, 라미네이션, 스프레잉, 마스킹, 디핑, 본딩 중에서 어느 하나의 형태로 부착된 이차전지.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 캔은 일측부에 일측 방향으로 개구된 제1 개구부가 형성되고, 타측부에 타측 방향으로 폐쇄된 제1 접속부가 형성되며,
    상기 제2 캔은 타측부에 타측 방향으로 개구된 제2 개구부가 형성되고, 일측부에 일측 방향으로 폐쇄된 제2 접속부가 형성되며,
    상기 제1 전극의 단부는 상기 제1 접속부에 접속되고, 상기 제2 전극의 단부는 상기 제2 접속부에 접속되는 이차전지.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 절연체의 일측 단부는 상기 제1 캔의 일측 단부보다 상기 제2 접속부에 더 가까이 위치되도록 연장되는 이차전지.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 절연체의 타측 단부는 상기 제2 캔의 타측 단부보다 상기 제1 접속부에 더 가까이 위치되도록 연장되는 이차전지.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 캔은 스틸(Steel)을 포함하여 형성되고,
    상기 제2 캔은 알루미늄을 포함하여 형성되는 이차전지.
  15. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 캔은 알루미늄을 포함하여 형성되고,
    상기 제2 캔은 스틸(Steel)을 포함하여 형성되는 이차전지.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 전극은 음극으로 이루어지고, 상기 제2 전극은 양극으로 이루어지는 이차전지.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 전극은 양극으로 이루어지고, 상기 제2 전극은 음극으로 이루어지는 이차전지.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 캔 및 상기 제2 캔은 사각 통형으로 형성되고,
    상기 제1 캔의 내측 너비는 상기 제2 캔의 외측 너비 크게 형성되어, 상기 제2 캔이 상기 제1 캔에 삽입되는 이차전지.
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