WO2021033939A1 - 이차 전지 - Google Patents

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WO2021033939A1 PCT/KR2020/009941 KR2020009941W WO2021033939A1 WO 2021033939 A1 WO2021033939 A1 WO 2021033939A1 KR 2020009941 W KR2020009941 W KR 2020009941W WO 2021033939 A1 WO2021033939 A1 WO 2021033939A1
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electrode assembly
exterior material
electrode
secondary battery
reinforcing member
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이준호
김유미
명승준
박정호
우병철
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삼성에스디아이 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a microsecondary battery.
  • a rechargeable battery is a battery capable of charging and discharging unlike a primary battery that cannot be charged.
  • Low-capacity secondary batteries are used in portable small electronic devices such as mobile phones, notebook computers, and camcorders, and large-capacity batteries are widely used as power sources for driving motors such as hybrid vehicles.
  • Representative secondary batteries include nickel-cadmium (Ni-Cd) batteries, nickel-hydrogen (Ni-MH) batteries, lithium (Li) batteries, and lithium ion (Li-ion) secondary batteries.
  • lithium-ion secondary batteries have an operating voltage that is about three times higher than that of nickel-cadmium batteries or nickel-hydrogen batteries that are widely used as power sources for portable electronic equipment. In addition, it is widely used in terms of high energy density per unit weight.
  • An embodiment of the present invention is to provide a secondary battery that effectively reduces weight, improves electrical capacity, and efficiently improves structural stability and stability in use.
  • a secondary battery includes an electrode assembly wound with a separator interposed between a first electrode and a second electrode, a first exterior material receiving the electrode assembly, and having an opening facing the lower surface of the electrode assembly , A second exterior material that covers the opening and is combined with the first exterior material to seal the interior of the first exterior material, and has a greater rigidity than the first exterior material and the second exterior material, and the electrode assembly and the first exterior material It is disposed between the films and includes a reinforcing member including a sidewall surrounding a side surface of the electrode assembly.
  • the reinforcing member may further include an upper wall surrounding an upper surface of the electrode assembly, and may have a can shape in which the electrode assembly is accommodated.
  • the reinforcing member may further include a first insulating member formed of a metal material, surrounding the electrode assembly between the electrode assembly and the reinforcing member, and insulating the electrode assembly from the reinforcing member.
  • It may further include an electrode tab coupled to the electrode assembly and extending from the electrode assembly to be drawn out of the first exterior material.
  • the first insulating member includes a through hole through which the electrode tab passes, and the electrode tab is drawn out between the first insulating member and the reinforcing member through the through hole, and an insulating material in a portion contacting the reinforcing member Can be coated.
  • It may further include a second insulating member provided on the outer surface of the first insulating member to seal the through hole.
  • the first exterior material includes a first border part surrounding the circumference of the opening and extending in a direction away from the opening, and the second exterior material includes a second border part that faces with the first border part to form a terrace part.
  • the electrode tab may pass through the terrace portion and be drawn out of the first exterior material.
  • the terrace portion may be folded so as to be in close contact with the outer surface of the first exterior material.
  • It may further include a fixing ring surrounding the folded terrace portion and fixing the terrace portion to be in close contact with the outer surface of the first exterior material.
  • the electrode tab may be coupled to a side surface of the electrode assembly to be drawn out.
  • the electrode tab includes a first extension part extending toward the second exterior material along a side surface of the electrode assembly, a second extension part extending from the first extension part along the terrace part and extending to the outside, and the first extension. It may include a bent portion that is bent while connecting the portion and the second extension portion.
  • the terrace portion may further include a lead-out hole through which the electrode tab passes, seals the lead-out hole, and further includes a vent sealing portion that is ruptured when the pressure inside the first exterior material increases.
  • the secondary battery may have a coin shape having a height ratio of 1 or less to diameter.
  • the embodiments of the present invention can provide a secondary battery that effectively reduces weight, improves electrical capacity, and efficiently improves structural stability and stability in use.
  • FIG. 1 is a view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the secondary battery of FIG. 1 taken along line A-A.
  • FIG 3 is a view showing an electrode assembly and an electrode tab built into a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a state in which a fixing ring is coupled in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line B-B of the secondary battery of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a graph showing a change in capacitance for each size of an electrode assembly in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the term'and/or' includes a combination of a plurality of listed items or any of a plurality of listed items.
  • 'A or B' may include'A','B', or'both A and B'.
  • Embodiments of the present invention relate to a secondary battery, and the size may vary, but preferably, the size is very small so that it can be used for headphones, earphones, smartwatches, wearable devices, etc. It may be an ultra-small secondary battery.
  • the embodiments of the present invention may be applied to various shapes and types of secondary batteries such as prismatic, cylindrical, pin-shaped, but may be preferably coin-type or button-type batteries.
  • a coin-type or button-type battery has a shape like a thin coin or button, can be used as a micro-cell, and is defined as a battery in which the ratio (height/diameter) of the height (H) to the diameter (L) of the secondary battery is 1 or less. Can be.
  • the coin-type or button-type battery may have a cylindrical shape having a circular cross-sectional shape, but is not limited thereto and may have an oval or polygonal cross-sectional shape.
  • the diameter (L) means the maximum distance between the sides of the first exterior material 120 in which the electrode assembly 200 is embedded, as shown in FIG. 2, and the height (H) is the flat top of the battery from the flat bottom surface of the battery. It means the minimum distance to the surface, and can be understood as from the lower surface of the second outer material 140 to the upper surface of the first outer material 120.
  • the secondary battery according to an embodiment of the present invention may have various sizes, various types, and shapes, but hereinafter, for convenience of description of an embodiment of the present invention, a coin-type battery having a circular cross-sectional shape is used as an example.
  • a coin-type battery having a circular cross-sectional shape is used as an example.
  • FIG. 1 is a view showing an external appearance of a secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the secondary battery of FIG. 1 taken along line A-A.
  • the secondary battery 100 is an electrode wound by interposing a separator 13 between the first electrode 11 and the second electrode 12, as shown in FIGS. 1 and 2 Assembly 200, the electrode assembly 200 is accommodated, the first outer material 120 having an opening facing the lower surface of the electrode assembly 200, covering the opening and combined with the first outer material 120 Is a second exterior material 140 that seals the interior of the first exterior material 120 and has greater rigidity than the first exterior material 120 and the second exterior material 140, and the electrode assembly 200 and the It is disposed between the first outer film, and includes a reinforcing member 130 including a side wall surrounding the side surface of the electrode assembly 200.
  • the electrode assembly 200 includes a first electrode 11 and a second electrode 12 that may have a coating portion and an uncoated portion, and the first electrode 11 may be a cathode, and the second electrode 12 may be an anode.
  • first electrode 11 may be a cathode
  • second electrode 12 may be an anode.
  • the reverse is also possible.
  • a separator 13 for electrical insulation may be interposed between the first electrode 11 and the second electrode 12.
  • 3 shows an electrode assembly 200 built into the secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly 200 may be provided in a stacked type, but preferably, as shown in FIG. 2 or 3, the first electrode 11, the second electrode 12, and the separator ( 13) may be wound together around the winding shaft 210 to have a jelly-roll shape.
  • the electrode assembly 200 may have a flat upper surface and a lower surface, and may have a side surface formed of a curved surface, and the winding shaft 210 is the height of the secondary battery 100 It can be parallel to the direction. That is, the electrode assembly 200 may be disposed so that the upper surface faces the upper surface of the first exterior material 120 and the lower surface faces the second exterior material 140.
  • the first electrode 11 may be a negative electrode, has a long strip shape, and a negative electrode coating part, which is an area in which a negative active material layer is applied to a current collector of a metal foil (for example, Cu foil), and an active material is not applied. It includes a negative electrode uncoated region as a region. The negative electrode uncoated portion may be located at one end of the negative electrode in the longitudinal direction.
  • the second electrode 12 may be a positive electrode, has a long strip shape, and a positive electrode coating portion, which is an area in which a positive electrode active material layer is applied to a current collector of a metal foil (for example, Al foil), and no active material is applied. It includes an anode uncoated portion as a region. The anode uncoated portion may be located at one end of the anode in the longitudinal direction.
  • an embodiment of the present invention corresponds to a pouch-type secondary battery in which the electrode assembly 200 is embedded in a pouch, and the pouch may include a first exterior material 120 and a second exterior material 140.
  • the first exterior material 120 accommodates the electrode assembly 200 and has an opening facing the bottom surface of the electrode assembly 200 by opening the bottom surface. That is, the first exterior material 120 may have an accommodation space in which the electrode assembly 200 is accommodated, and may have an open lower surface.
  • the second exterior material 140 covers the opening and is combined with the first exterior material 120 to seal the inside of the first exterior material 120.
  • FIG. 2 shows a state in which the second exterior material 140 is coupled to the lower portion of the first exterior material 120 to seal the inside of the first exterior material 120 to form a pouch.
  • the second exterior material 140 may be provided in a flat plate shape, and the first exterior material 120 and the second exterior material 140 may be formed of various materials having electrical insulation, such as a polymer material. have.
  • the reinforcing member 130 has a greater rigidity than the first outer material 120 and the second outer material 140, is disposed between the electrode assembly 200 and the first outer film, the electrode assembly It includes a side wall surrounding the side of 200.
  • the reinforcing member 130 may have greater rigidity than the first exterior material 120 and the second exterior material 140.
  • the reinforcing member 130 may be made of a metal material such as iron, aluminum, or stainless steel.
  • the electrode assembly 200 accommodated in the first exterior material 120 made of a polymer, etc. may be easily damaged when an external shock is applied, and there may be a risk of a short circuit. have.
  • gas is generated inside the pouch due to a chemical reaction of the electrode assembly 200, and a swelling phenomenon in which the pouch expands as the internal pressure increases may occur.
  • the reinforcing member 130 of high strength surrounding the electrode assembly 200 inside the first exterior material 120 it is possible to prevent damage to the electrode assembly 200 from external impact. In addition, it is possible to suppress a swelling phenomenon in which the pouch expands as the internal pressure increases.
  • the reinforcing member 130 may have a sidewall surrounding the side surface of the electrode assembly 200.
  • the expansion rate in the radial direction perpendicular to the winding shaft 210 may be large in a situation where the internal pressure increases.
  • a reinforcing member 130 is disposed between the electrode assembly 200 and the first exterior material 120 so as to suppress the expansion of the electrode assembly 200 in the radial direction. Includes sidewalls surrounding the sides.
  • the reinforcing member 130 may further include an upper wall surrounding the upper surface of the electrode assembly 200 and may have a can shape in which the electrode assembly 200 is accommodated.
  • the reinforcing member 130 may have a ring shape made of only the sidewalls, but as shown in FIG. 2, the upper wall disposed between the upper surface of the electrode assembly 200 and the upper surface of the first exterior material 120 It may also have the form of a can containing.
  • the upper wall and the sidewall of the reinforcing member 130 may be manufactured separately from each other and inserted into the first exterior material 120, the contact part may be welded, or integrally formed using casting, etc. It can be formed as
  • the reinforcing member 130 may have a circular cross-sectional shape, such as the electrode assembly 200 and the first exterior material 120. That is, the upper wall of the reinforcing member 130 may be provided in a circular plate shape, and the side wall may be provided in a ring shape.
  • the reinforcing member 130 is formed of a metal material, and surrounds the electrode assembly 200 between the electrode assembly 200 and the reinforcing member 130, and the electrode assembly ( A first insulating member 220 that insulates 200 from the reinforcing member 130 may be further included.
  • a first insulating member 220 may be provided to electrically insulate between the electrode assembly 200 and the reinforcing member 130.
  • the first insulating member 220 may be made of an electrically insulating material such as a polymer.
  • the first insulating member 220 may be provided in the form of a film to surround the outer surface of the electrode assembly 200 or may be provided in a cured form to correspond to the outer shape of the electrode assembly 200.
  • FIG. 2 schematically illustrates a first insulating member 220 that surrounds the outer surface of the electrode assembly 200 and insulates the electrode assembly 200 and the reinforcing member 130.
  • the first outer material 120 or the second outer material 140 may be provided with a terminal portion electrically connected to the electrode assembly 200, the secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention, FIGS.
  • an electrode tab 250 coupled to the electrode assembly 200 and extending from the electrode assembly 200 to be extended to the outside of the first exterior material 120 may be further included.
  • FIGS. 2 and 3 show the combination of the electrode assembly 200 and the electrode tab 250 Has been.
  • the electrode tab 250 is made of an electrically conductive material, and may be coupled to the first electrode 11 or the second electrode 12 of the electrode assembly 200.
  • the electrode tab 250 coupled to the first electrode 11 of the electrode assembly 200 is defined as a first electrode tab
  • the electrode tab 250 coupled to the second electrode 12 May be defined as the second electrode tab.
  • the electrode tab 250 may be extended from the coupling portion 252 with the electrode assembly 200 to be drawn out of the first exterior material 120, and the drawn portion may be used as a terminal of the secondary battery 100. .
  • the electrode tab 250 may be electrically connected by a portion drawn out of the pouch in contact with a terminal of an electronic device.
  • An embodiment of the present invention may be an ultra-small coin-type battery, and it may be important to simplify the configuration of the coin-type battery due to its small size, and accordingly, an embodiment of the present invention does not have a separate terminal part and
  • the electrode tab 250 connected to the assembly 200 may be directly drawn out of the pouch and connected to a terminal of an electronic device, which may be advantageous.
  • the first insulating member 220 includes a through hole 222 through which the electrode tab 250 passes, and the electrode tab 250 is formed through the through hole 222.
  • An insulating material may be coated on a portion that is drawn out between the first insulating member 220 and the reinforcing member 130 and in contact with the reinforcing member 130.
  • the first insulating member 220 surrounding the electrode assembly 200 may have a through-hole 222 formed for drawing out the electrode tab 250 or for welding between the electrode tab 250 and the electrode assembly 200.
  • the through hole 222 may be formed at a position corresponding to the coupling portion 252 of the electrode tab 250 with respect to the electrode assembly 200 or may be formed at a position spaced apart from the electrode assembly 200.
  • the first insulating member 220 may be provided in a form that covers the entire outer surface of the electrode assembly 200 for insulation of the electrode assembly 200, and is coupled to the electrode assembly 200 by a method such as welding. 250 may be drawn out between the first insulating member 220 and the reinforcing member 130 through the through hole 222 of the first insulating member 220 as shown in FIG. 2.
  • the electrode tab 250 may be made of an electrically conductive material, and the portion drawn between the first insulating member 220 and the reinforcing member 130 is insulated in relation to the reinforcing member 130 which may be made of a metal material. Required.
  • the electrode tab 250 may be coated with an insulating material on a portion in contact with the reinforcing member 130. Accordingly, even if the electrode tab 250 is drawn out from the electrode assembly 200 to face the reinforcing member 130 through the through hole 222, the electrode tab 250 may be electrically insulated from the reinforcing member 130.
  • a second insulating member 230 provided on an outer surface of the first insulating member 220 to seal the through hole 222 may be further included.
  • 2 schematically shows a second insulating member 230 for sealing a portion of the through hole 222 of the first insulating member 220.
  • a through hole 222 may be formed in the first insulating member 220 to extract the electrode tab 250 from the electrode assembly 200, and the through hole 222 is an electrode assembly. (200) There is a risk that the outer surface or the coupling portion 252 of the electrode tab 250 is exposed toward the reinforcing member 130, and there is a possibility that a short circuit or the like may occur.
  • the electrode tab 250 is drawn out through the through hole 222 and is provided on the outer surface of the first insulating member 220 including the through hole 222 so that the reinforcing member 130 It may include a second insulating member 230 for securing electrical insulation.
  • the second insulating member 230 may have the same type or material as the first insulating member 220, and a part of the electrode tab 250 drawn out from the through hole 222 may be formed of the second insulating member 230 and the second insulating member 230. 1 It may be located between the insulating member 220.
  • the second insulating member 230 has a tape shape and may be attached to the outer surface of the first insulating member 220 or may be provided in a liquid form and applied to the outer surface of the first insulating member 220.
  • the first exterior material 120 includes a first border part 122 that surrounds the opening and extends in a direction away from the opening, and the second exterior material 140 And a second border portion 142 that faces the first border portion 122 to form a terrace portion 150, and the electrode tab 250 penetrates the terrace portion 150 to form the first exterior material. It can be withdrawn to the outside of 120.
  • the first border portion 122 surrounds the opening in the first exterior material 120 and may have a shape extending in a direction away from the opening. That is, when referring to FIGS. 1 and 2, the first exterior material 120 may have a first border portion 122 extending outwardly around an open lower surface.
  • the second border portion 142 may be provided in a shape corresponding to the first border portion 122 in the second exterior material 140, and is attached to the first border portion 122 to attach the terrace portion 150 Can be formed.
  • the pouch made of the first exterior material 120 and the second exterior material 140 may be sealed inside due to the formation of the terrace portion 150.
  • the first border portion 122 and the second border portion 142 may be coupled to each other in a variety of ways, such as a heat fusion method or an adhesive.
  • the electrode tab 250 extends from the electrode assembly 200 and may be drawn out through the terrace part 150. That is, the terrace part 150 may be thermally fused, except for a portion where the electrode tab 250 is disposed between the first and second border parts 122 and 142.
  • an electrode tab is provided using a bonding portion between the first and second exterior materials 120 and 140 without forming a separate opening in the first exterior material 120 or the second exterior material 140. It is effective because it draws (250).
  • the terrace part 150 may be folded so as to be in close contact with the side surface of the first exterior material 120. Accordingly, the volume occupied by the secondary battery 100 according to the exemplary embodiment of the present invention may be reduced, and space utilization may be improved.
  • the pouch in which the first and second exterior materials 120 and 140 are combined may have a terrace part 150 formed thereon, and the terrace part 150 is formed of an electrode assembly 200 from the first exterior material 120. ), as it is folded so as to be in close contact with the outer surface corresponding to the side surface, it is possible not to take up space unnecessarily.
  • the secondary battery 100 surrounds the folded terrace part 150 and fixes the terrace part 150 to be in close contact with the outer surface of the first exterior material 120. It may further include a fixing ring 190.
  • FIG. 4 a fixing ring 190 for fixing the folded terrace portion 150 so as to be in close contact with the side surface of the first exterior material 120 is shown, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the secondary battery of FIG. 4 taken along line BB. .
  • the fixing ring 190 may be made of various materials.
  • the reinforcing member 130 may have high strength, and thus may be formed of a metal material, but is not limited thereto.
  • An embodiment of the present invention can stably fix the terrace part 150 in close contact with the side of the first exterior material 120 by using the fixing ring 190, and further secure the structural stability of the secondary battery 100 can do.
  • the electrode tab 250 may be coupled to a side surface of the electrode assembly 200 to be drawn out.
  • 2 and 3 illustrate a state in which the coupling portion 252 of the electrode tab 250 is positioned on the side of the electrode assembly 200.
  • the graph of FIG. 6 shows a change in battery capacity according to a change in total height of the electrode assembly 200 and a change in battery capacity according to a change in diameter of the electrode assembly 200.
  • the solid line represents the result according to the change in the total height of the electrode assembly 200
  • the dotted line represents the result according to the change in the diameter of the electrode assembly 200.
  • J/R means a jelly-roll type electrode assembly.
  • the slope of the solid line according to the change in the total height of the electrode assembly 200 is steeper than the slope of the dotted line according to the change in the diameter.
  • the increase in the total height of the electrode assembly 200 increases the battery capacity by about 1.7 times the increase in the diameter.
  • the coupling portion 252 of the electrode tab 250 is located on the side of the electrode assembly 200, and the electrode tab 250 is disposed on the upper or lower surface of the electrode assembly 200.
  • the electrode tab 250 includes a first extension part 254 extending toward the second exterior material 140 along a side surface of the electrode assembly 200, A second extension portion 256 extending from the first extension portion 254 along the terrace portion 150 and drawn out to the outside, and between the first extension portion 254 and the second extension portion 256 It may include a bent portion 258 that is bent while connecting.
  • the first extension part 254 of the electrode tab 250 extends from the coupling part 252 with the electrode assembly 200, and the second exterior material 140 along the side surface of the electrode assembly 200 Can be extended towards. That is, the first extension part 254 may extend downward from the coupling part 252 with the electrode assembly 200 toward the opening of the first exterior material 120.
  • a bent portion 258 may be formed at an end portion of the first extension portion 254 facing the second exterior material 140.
  • the length direction of the electrode tab 250 may change from the height direction of the electrode assembly 200 to the diameter direction of the electrode assembly 200 through the bent portion 258.
  • the second extension part 256 may extend along the terrace part 150 from the bent part 258. That is, the second extension part 256 may extend from the bent part 258 along the second edge part 142 of the second exterior material 140 to be drawn out of the pouch.
  • the first extension part 254, the bent part 258, and the second extension part 256 are formed in the electrode tab 250, so that the electrode tab on the side of the electrode assembly 200 In a structure in which the reinforcing member 130 is disposed on the side of the electrode assembly 200 and the electrode assembly 250 is coupled, the electrode tab 250 can be efficiently pulled out of the pouch.
  • the terrace part 150 includes a lead-out hole 160 through which the electrode tab 250 passes, seals the lead-out hole 160, and the first exterior material (120) It may further include a vent sealing portion 165 that is ruptured when the internal pressure rises.
  • FIG. 1 and 2 illustrate a vent sealing part 165 formed in the terrace part 150 according to an embodiment of the present invention.
  • a lead-out hole 160 is formed in the terrace portion 150 to allow the electrode tab 250 to be drawn out, and a vent sealing portion 165 may be provided in the lead-out hole 160 to completely seal the inside of the pouch.
  • the vent sealing part 165 is filled in the withdrawal hole 160 and has a lower strength in relation to the surrounding terrace part 150 coupled by a method such as thermal fusion, and thus, when the inner pressure of the pouch increases, the terrace part ( 150) It takes precedence over the whole and causes rupture, and the gas inside the pouch can be discharged.
  • an embodiment of the present invention is an abnormal situation, by dissolving the internal pressure through the rupture of the vent sealing unit 165 in the situation of generating gas and increasing the internal pressure inside the pouch, suppressing the explosion of the secondary battery 100 and improving safety. Can be improved.
  • the vent sealing part 165 is formed in the lead hole 160 through which the electrode tab 250 is drawn, thereby simplifying the configuration and effectively eliminating the internal pressure.
  • first border portion 130 reinforcing member
  • vent sealing part 190 fixing ring
  • bonding portion 254 first extension portion

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(rechargeable battery)는 제1전극 및 제2전극 사이에 세퍼레이터를 개재하여 권취되는 전극조립체, 상기 전극조립체가 수용되고, 상기 전극조립체의 하면을 마주보는 개구를 가지는 제1외장재, 상기 개구를 덮으며 상기 제1외장재와 결합되어 상기 제1외장재의 내부를 밀봉하는 제2외장재 및 상기 제1외장재 및 상기 제2외장재보다 더 큰 강성을 가지며, 상기 전극조립체와 상기 제1외장필름 사이에 배치되고, 상기 전극조립체의 측면을 둘러싸는 측벽을 포함하는 보강부재를 포함한다.

Description

이차 전지
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초소형 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
대표적인 이차 전지에는 니켈-카드뮴(Ni-Cd)전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 이차 전지 등이 있다. 특히, 리튬 이온 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 작동 전압이 약 3배나 높다. 또한, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 널리 사용되고 있다.
특히, 최근에는 블루투스(Bluetooth)를 이용한 헤드폰, 이어폰, 스마트워치(Smartwatch), 신체 부착형 의료기기 등의 웨어러블 디바이스(Wearable devices)에 대한 수요가 증가함에 따라, 에너지 밀도가 높으면서 초소형의 이차 전지의 필요성이 증가하고 있다.
이러한 초소형 이차 전지는 제한된 크기 내에서 요구되는 전기적 용량을 확보하고, 구조적 안정성 및 사용상의 안전성을 확보하는 것이 중요한 과제가 된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명의 실시예는 효과적으로 경량화를 이루며 전기적 용량을 향상시키고, 구조적인 안정성과 사용상의 안정성을 효율적으로 개선하는 이차 전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 제1전극 및 제2전극 사이에 세퍼레이터를 개재하여 권취되는 전극조립체, 상기 전극조립체가 수용되고, 상기 전극조립체의 하면을 마주보는 개구를 가지는 제1외장재, 상기 개구를 덮으며 상기 제1외장재와 결합되어 상기 제1외장재의 내부를 밀봉하는 제2외장재 및 상기 제1외장재 및 상기 제2외장재보다 더 큰 강성을 가지며, 상기 전극조립체와 상기 제1외장필름 사이에 배치되고, 상기 전극조립체의 측면을 둘러싸는 측벽을 포함하는 보강부재를 포함한다.
상기 보강부재는 상기 전극조립체의 상면을 감싸는 상부벽을 더 포함하며 상기 전극조립체가 수용되는 캔 형태를 가질 수 있다.
상기 보강부재는 금속 소재로 형성되고, 상기 전극조립체와 상기 보강부재 사이에서 상기 전극조립체를 감싸며, 상기 전극조립체를 상기 보강부재에 대해 절연하는 제1절연부재를 더 포함할 수 있다.
상기 전극조립체에 결합되고, 상기 전극조립체로부터 연장되어 상기 제1외장재의 외부로 인출되는 전극탭을 더 포함할 수 있다.
상기 제1절연부재는 상기 전극탭이 관통하는 관통홀을 포함하고, 상기 전극탭은 상기 관통홀을 통해 상기 제1절연부재 및 상기 보강부재 사이로 인출되며, 상기 보강부재와 접촉되는 부분에는 절연물질이 코팅될 수 있다.
상기 관통홀을 밀폐하도록 상기 제1절연부재의 외면에 구비되는 제2절연부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제1외장재는, 상기 개구의 둘레를 감싸며 상기 개구로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 제1테두리부를 포함하고, 상기 제2외장재는, 상기 제1테두리부와 면착되어 테라스부를 형성하는 제2테두리부를 포함하며, 상기 전극탭은 상기 테라스부를 관통하여 상기 제1외장재의 외부로 인출될 수 있다.
상기 테라스부는 상기 제1외장재의 외측면에 밀착되도록 접혀질 수 있다.
접혀진 상기 테라스부를 둘러싸며, 상기 테라스부를 상기 제1외장재의 상기 외측면에 밀착되도록 고정시키는 고정링을 더 포함할 수 있다.
상기 전극탭은 상기 전극조립체의 측면에 결합되어 외부로 인출될 수 있다.
상기 전극탭은, 상기 전극조립체의 측면을 따라서 상기 제2외장재를 향해 연장되는 제1연장부, 상기 제1연장부로부터 상기 테라스부를 따라 연장되며 외부로 인출되는 제2연장부 및 상기 제1연장부와 상기 제2연장부를 사이를 연결하며 절곡되는 절곡부를 포함할 수 있다.
상기 테라스부는 상기 전극탭이 관통하여 인출되는 인출홀을 포함하고, 상기 인출홀을 실링하며, 상기 제1외장재 내부의 압력 상승 시 파열되는 벤트실링부를 더 포함할 수 있다.
상기 이차 전지는 직경에 대한 높이비가 1 이하의 코인 형태를 가질 수 있다.
상술한 바와 본 발명의 실시예는 효과적으로 경량화를 이루며 전기적 용량을 향상시키고, 구조적인 안정성과 사용상의 안정성을 효율적으로 개선하는 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 이차 전지를 A-A선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에 내장되는 전극조립체와 전극탭을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 고정링이 결합된 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 이차 전지를 B-B선을 따라 절개한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극조립체의 크기별 전기용량 변화를 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 이차 전지에 관한 것이며, 그 크기는 다양할 수 있으나 바람직하게는 헤드폰, 이어폰, 스마트워치(Smartwatch), 신체 부착형 웨어러블 디바이스(Wearable devices) 등에 이용될 수 있도록 크기가 매우 작은 초소형 이차 전지일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 각형, 원통형, 핀형 등 다양한 형태 및 종류의 이차 전지에 적용될 수 있으나, 바람직하게는 코인형 또는 버튼형 전지일 수 있다. 코인형 또는 버튼형 전지는 얇은 동전이나 단추와 같은 형태를 가지며, 초소형 전지로 활용될 수 있고, 이차 전지의 직경(L)에 대한 높이(H)의 비율(높이/직경)이 1 이하인 전지로 정의될 수 있다.
코인형 또는 버튼형 전지는 단면 형상의 원형을 가지는 원통형일 수 있으며, 다만 이에 한정되는 것은 아니고 타원형 또는 다각형의 단면 형상을 가질 수도 있다.
여기서 직경(L)은 도 2에 도시된 바와 같이 전극조립체(200)가 내장되는 제1외장재(120) 측면간의 최대 거리를 의미하고, 높이(H)는 전지의 편평한 바닥면에서 전지의 편평한 상단면까지의 최소 거리를 의미하며, 제2외장재(140) 하면으로부터 제1외장재(120)의 상면까지로 이해될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 다양한 크기, 다양한 종류 및 형상일 수 있으나, 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 대한 설명의 편의성을 위해, 단면 형상이 원형을 가지는 코인형 전지를 예로서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100) 외형을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 이차 전지를 A-A선을 따라 절개한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 제1전극(11) 및 제2전극(12) 사이에 세퍼레이터(13)를 개재하여 권취되는 전극조립체(200), 상기 전극조립체(200)가 수용되고, 상기 전극조립체(200)의 하면을 마주보는 개구를 가지는 제1외장재(120), 상기 개구를 덮으며 상기 제1외장재(120)와 결합되어 상기 제1외장재(120)의 내부를 밀봉하는 제2외장재(140) 및 상기 제1외장재(120) 및 상기 제2외장재(140)보다 더 큰 강성을 가지며, 상기 전극조립체(200)와 상기 제1외장필름 사이에 배치되고, 상기 전극조립체(200)의 측면을 둘러싸는 측벽을 포함하는 보강부재(130)를 포함한다.
전극조립체(200)는 코팅부 및 무지부를 가질 수 있는 제1전극(11) 및 제2전극(12)을 포함하며, 제1전극(11)은 음극, 제2전극(12)은 양극일 수 있으나 반대의 경우도 가능하다.
상기 제1전극(11) 및 제2전극(12) 사이에는 전기적 절연을 위한 세퍼레이터(13)가 개재될 수 있다. 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)에 내장되는 전극조립체(200)가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체(200)는 적층형으로 구비될 수도 있으나, 바람직하게는 도 2 또는 도 3에는 도시된 바와 같이 제1전극(11), 제2전극(12) 및 세퍼레이터(13)는 권회축(210)을 중심으로 함께 권취되어 젤리-롤(jelly-roll) 형태를 가질 수 있다.
도 2를 참고할 때, 본 발명의 일 실시예에서 전극조립체(200)은 편평한 상면 및 하면을 가질 수 있고, 곡면으로 이루어진 측면을 가질 수 있으며, 권회축(210)은 이차 전지(100)의 높이방향과 나란할 수 있다. 즉, 전극조립체(200)는 상면이 제1외장재(120)의 상면을 마주하고, 하면이 제2외장재(140)를 마주하도록 배치될 수 있다.
제1전극(11)은 음극일 수 있고, 길게 이어진 띠 형상으로 이루어지며, 금속박(예를 들면, Cu 포일)의 집전체에 음극 활물질층이 도포된 영역인 음극 코팅부와 활물질이 도포되지 않는 영역인 음극 무지부를 포함한다. 음극 무지부는 음극의 길이 방향으로 일측 단부에 위치할 수 있다.
제2전극(12)은 양극일 수 있고, 길게 이어진 띠 형상으로 이루어지며, 금속박(예를 들면, Al 포일)의 집전체에 양극 활물질층이 도포된 영역인 양극 코팅부와 활물질이 도포되지 않는 영역인 양극 무지부를 포함한다. 양극 무지부는 양극의 길이 방향으로 일측 단부에 위치할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예는 전극조립체(200)가 파우치에 내장되는 파우치형 이차 전지에 해당하며, 파우치는 제1외장재(120) 및 제2외장재(140)를 포함할 수 있다.
도 2와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 제1외장재(120)는 전극조립체(200)가 수용되며 하면이 개방되어 전극조립체(200)의 하면을 마주하는 개구를 가질 수 있다. 즉, 제1외장재(120)는 전극조립체(200)가 수용되는 수용공간이 형성되며 하면이 개방된 형태를 가질 수 있다.
제2외장재(140)는 상기 개구를 덮으며 상기 제1외장재(120)와 결합되어 상기 제1외장재(120)의 내부를 밀봉한다. 도 2에는 제2외장재(140)가 제1외장재(120)의 하부에 결합되어 제1외장재(120)의 내부를 밀봉하면서 파우치를 형성한 모습이 도시되어 있다.
제2외장재(140)는 편평한 판상으로 구비될 수 있으며, 제1외장재(120) 및 제2외장재(140)는 제1외장재(120)는 폴리머 소재와 같이 전기 절연성을 가지는 다양한 재질로 형성될 수 있다.
한편, 보강부재(130)는 상기 제1외장재(120) 및 상기 제2외장재(140)보다 더 큰 강성을 가지며, 상기 전극조립체(200)와 상기 제1외장필름 사이에 배치되고, 상기 전극조립체(200)의 측면을 감싸는 측벽을 포함한다.
도 2에는 제1외장재(120)의 내부에 배치된 보강부재(130)가 도시되어 있다. 보강부재(130)는 제1외장재(120) 및 제2외장재(140)보다 더 큰 강성을 가질 수 있다. 예컨대, 보강부재(130)는 철, 알루미늄, 스테인레스와 같은 금속 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)에서, 폴리머 등으로 이루어진 제1외장재(120)에 수용된 전극조립체(200)는 외부 충격이 가해지는 경우 쉽게 손상될 수 있고 단락의 위험이 있을 수 있다.
또한, 충방전 상황에 따라서는 전극조립체(200)의 화학적 반응에 의해 파우치 내부에서 가스가 발생하고, 내압이 상승하면서 파우치가 팽창하는 스웰링 현상이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 제1외장재(120) 내부에서 전극조립체(200)를 감싸는 고강도의 보강부재(130)가 구비됨에 따라, 외부 충격으로부터 전극조립체(200)의 손상 등을 방지할 수 있으며, 내압이 상승함에 따라 파우치가 팽창하는 스웰링 현상을 억제할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 보강부재(130)는 전극조립체(200)의 측면을 감싸는 측벽을 가질 수 있다. 권회축(210)을 중심으로 권취된 전극조립체(200)의 경우, 내압이 상승하는 상황에서 권회축(210)에 수직한 직경방향으로의 팽창율이 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 전극조립체(200)의 직경방향 팽창을 억제할 수 있도록, 보강부재(130)가 전극조립체(200)와 제1외장재(120) 사이에 배치되어 전극조립체(200)의 측면을 감싸는 측벽을 포함한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 상기 보강부재(130)는 상기 전극조립체(200)의 상면을 감싸는 상부벽을 더 포함하며 상기 전극조립체(200)가 수용되는 캔 형태를 가질 수 있다.
예컨대, 보강부재(130)는 상기 측벽으로만 이루어진 링 형상일 수 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극조립체(200)의 상면과 제1외장재(120)의 상면 사이에 배치되는 상부벽을 포함하는 캔의 형태를 가질 수도 있다.
보강부재(130)의 상부벽과 측벽은 서로 별개로 제조 및 제1외장재(120) 내부에 삽입될 수도 있고, 접촉부위가 용접될 수도 있으며, 주조 등을 이용하여 일체로 성형되는 등, 다양한 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 보강부재(130)는 전극조립체(200) 및 제1외장재(120)와 같이 단면의 형상이 원형일 수 있다. 즉, 보강부재(130)의 상부벽은 원형의 판상으로 마련될 수 있고, 측벽은 링 형태로 마련될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 상기 보강부재(130)는 금속 소재로 형성되고, 상기 전극조립체(200)와 상기 보강부재(130) 사이에서 상기 전극조립체(200)를 감싸며, 상기 전극조립체(200)를 상기 보강부재(130)에 대해 절연하는 제1절연부재(220)를 더 포함할 수 있다.
강도를 확보하기 위해 보강부재(130)가 금속 소재로 형성되는 경우, 전극조립체(200)와 보강부재(130)간의 전기적 연결이 발생되어 의도치 않은 단락 등이 발생될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예는 전극조립체(200)와 보강부재(130) 사이를 전기적 절연하기 위한 제1절연부재(220)가 구비될 수 있다.
제1절연부재(220)는 폴리머 등과 같은 전기 절연성 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 제1절연부재(220)는 필름 형태로 마련되어 전극조립체(200) 외면을 감싸거나 전극조립체(200)의 외형에 대응되도록 경화된 형태로 마련될 수도 있다.
도 2에는 전극조립체(200)의 외면을 감싸며 전극조립체(200)와 보강부재(130) 사이를 절연하는 제1절연부재(220)가 개략적으로 도시되어 있다.
한편, 제1외장재(120) 또는 제2외장재(140)에는 전극조립체(200)와 전기적으로 연결된 단자부가 구비될 수도 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 도 1 내지 3에 도시된 것처럼 상기 전극조립체(200)에 결합되고, 상기 전극조립체(200)로부터 연장되어 상기 제1외장재(120)의 외부로 인출되는 전극탭(250)을 더 포함할 수 있다.
도 1에는 제1외장재(120)의 외부, 즉 파우치 외부로 인출된 전극탭(250)이 도시되어 있으며, 도 2 및 3에는 전극조립체(200)와 전극탭(250)이 결합된 모습이 도시되어 있다.
전극탭(250)은 전기 전도성 소재로 이루어지고, 전극조립체(200)의 제1전극(11) 또는 제2전극(12)에 결합될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 전극조립체(200)의 제1전극(11)에 결합된 전극탭(250)을 제1전극탭으로 정의하고, 제2전극(12)에 결합된 전극탭(250)은 제2전극탭으로 정의할 수 있다.
전극탭(250)은 전극조립체(200)와의 결합부위(252)에서 연장되어 제1외장재(120)의 외부로 인출될 수 있고, 인출된 부분은 이차 전지(100)의 단자로서 활용될 수 있다. 예컨대, 전극탭(250)은 파우치의 외부로 인출된 부분이 전자기기의 단자와 접촉되어 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 초소형의 코인형 전지일 수 있고, 코인형 전지는 크기가 작아 구성을 단순화하는 것이 중요할 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 일 실시예는 별도의 단자부를 구비하지 않고 전극조립체(200)에 연결되는 전극탭(250)을 파우치 외부로 직접 인출하고 전자기기의 단자에 연결할 수 있어 유리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제1절연부재(220)는 상기 전극탭(250)이 관통하는 관통홀(222)을 포함하고, 상기 전극탭(250)은 상기 관통홀(222)을 통해 상기 제1절연부재(220) 및 상기 보강부재(130) 사이로 인출되며, 상기 보강부재(130)와 접촉되는 부분에는 절연물질이 코팅될 수 있다.
전극조립체(200)를 감싸는 제1절연부재(220)는 전극탭(250)의 인출 또는 전극탭(250)과 전극조립체(200)간 용접을 위해 관통홀(222)이 형성될 수 있다. 관통홀(222)은 전극조립체(200)에 대한 전극탭(250)의 결합부위(252)와 대응되는 위치에 형성되거나 이격된 위치에 형성될 수 있다.
제1절연부재(220)는 전극조립체(200)의 절연을 위해 전극조립체(200) 외면을 전체로서 감싸는 형태로 구비될 수 있으며, 전극조립체(200)와 용접 등의 방식으로 결합되는 전극탭(250)은 도 2에 도시된 바와 같이 제1절연부재(220)의 관통홀(222)을 통해 제1절연부재(220)와 보강부재(130) 사이로 인출될 수 있다.
한편, 전극탭(250)은 전기 전도성 소재로 이루어질 수 있으며, 제1절연부재(220) 및 보강부재(130) 사이로 인출된 부위는 금속 소재로 이루어질 수 있는 보강부재(130)와의 관계에서 절연이 요구된다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에서 전극탭(250)은 보강부재(130)와 접촉되는 부분에 절연물질이 코팅될 수 있다. 따라서, 전극탭(250)은 전극조립체(200)에서 관통홀(222)을 통해 보강부재(130)를 마주하도록 인출되더라도 보강부재(130)에 대해 전기적 절연 상태일 수 있다.
한편, 상기 관통홀(222)을 밀폐하도록 상기 제1절연부재(220)의 외면에 구비되는 제2절연부재(230)를 더 포함할 수 있다. 도 2에는 제1절연부재(220)의 관통홀(222) 부위를 밀폐하는 제2절연부재(230)가 개략적으로 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예는 전극조립체(200)로부터 전극탭(250)을 인출하기 위해 제1절연부재(220)에 관통홀(222)이 형성될 수 있고, 관통홀(222) 부위는 전극조립체(200) 외면 또는 전극탭(250)의 결합부위(252)가 보강부재(130) 측으로 노출될 위험이 있고, 단락 등이 발생될 가능성이 존재한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는 관통홀(222)을 통해 전극탭(250)이 인출되고, 상기 관통홀(222)을 포함하는 제1절연부재(220) 외면에 구비되어 보강부재(130)에 대한 전기 절연성을 확보하는 제2절연부재(230)를 포함할 수 있다.
제2절연부재(230)는 제1절연부재(220)와 종류 또는 소재가 동일할 수 있고, 관통홀(222)로부터 인출되는 전극탭(250)의 일부가 제2절연부재(230)와 제1절연부재(220) 사이에 위치될 수 있다.
제2절연부재(230)는 테이프 형태를 가지며 제1절연부재(220)의 외면에 부착될 수도 있고, 액상으로 마련되어 상기 제1절연부재(220)의 외면에 도포될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 상기 제1외장재(120)는 상기 개구의 둘레를 감싸며 상기 개구로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 제1테두리부(122)를 포함하고, 상기 제2외장재(140)는 상기 제1테두리부(122)와 면착되어 테라스부(150)를 형성하는 제2테두리부(142)를 포함하며, 상기 전극탭(250)은 상기 테라스부(150)를 관통하여 상기 제1외장재(120)의 외부로 인출될 수 있다.
제1테두리부(122)는 제1외장재(120)에서 개구를 둘러싸며, 개구로부터 멀어지는 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 즉, 도 1 및 2를 참고할 때, 제1외장재(120)는 개방된 하면의 둘레에 외측으로 연장된 제1테두리부(122)를 가질 수 있다.
한편, 제2테두리부(142)는 제2외장재(140)에서 제1테두리부(122)와 대응되는 모양으로 마련될 수 있고, 제1테두리부(122)에 부착되어 테라스부(150)를 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 제1외장재(120) 및 제2외장재(140)로 이루어지는 파우치는 테라스부(150)의 형성으로 인해 내부가 밀봉될 수 있다.
제1테두리부(122) 및 제2테두리부(142)는 열융착 방식이나 접착제를 이용하는 등 다양한 방식으로 상호 결합될 수 있다.
한편, 전극탭(250)은 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 전극조립체(200)로부터 연장되어 상기 테라스부(150)를 통해 외부로 인출될 수 있다. 즉, 테라스부(150)는 제1테두리부(122) 및 제2테두리부(142) 사이로 전극탭(250)이 배치되는 부위를 제외하고 열융착 등이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 제1외장재(120) 또는 제2외장재(140)에 별도의 개구를 형성하지 않고, 제1외장재(120) 및 제2외장재(140)간의 결합부위를 이용하여 전극탭(250)을 인출하므로 효과적이다.
한편, 본 발명의 일 실시예는 테라스부(150)가 제1외장재(120)의 측면에 밀착되도록 접혀질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)가 차지하는 부피가 줄어들 수 있고, 공간활용성이 향상될 수 있다.
즉, 제1외장재(120) 및 제2외장재(140)의 결합이 이루어지는 파우치는 테라스부(150)가 형성될 수 있으며, 상기 테라스부(150)는 제1외장재(120)에서 전극조립체(200)의 측면에 대응되는 외측면에 밀착되도록 접혀짐에 따라, 불필요하게 공간을 차지하지 않도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 접혀진 상기 테라스부(150)를 둘러싸며, 상기 테라스부(150)를 상기 제1외장재(120)의 상기 외측면에 밀착되도록 고정시키는 고정링(190)을 더 포함할 수 있다.
도 4에는 제1외장재(120)의 측면에 밀착되도록 접혀진 테라스부(150)를 고정시키는 고정링(190)이 도시되어 있으며, 도 5는 도 4의 이차 전지를 B-B선을 따라 절개한 단면도이다.
고정링(190)은 다양한 소재로 마련될 수 있다. 예컨대, 보강부재(130)와 같이 고강도를 가질 수 있으며, 따라서 금속 소재 등으로 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예는 고정링(190)을 이용하여 제1외장재(120)의 측면에 밀착된 테라스부(150)를 안정적으로 고정시킬 수 있고, 나아가 이차 전지(100)의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 상기 전극탭(250)은 상기 전극조립체(200)의 측면에 결합되어 외부로 인출될 수 있다. 도 2 및 3에는 전극탭(250)의 결합부위(252)가 전극조립체(200)의 측면에 위치된 모습이 도시되어 있다.
초소형 이차 전지는 제한된 공간을 활용하여 전지 용량을 효율적으로 확보하는 것이 중요하며, 나아가 코인형 전지에서 전극조립체(200)의 총고를 증가시키는 것이 직경을 증가시키는 것보다 효율적일 수 있다.
도 6의 그래프는 전극조립체(200)의 총고 변화에 따른 전지 용량 변화 및 전극조립체(200)의 직경 변화에 따른 전지 용량 변화를 나타낸다. 도 6에서, 실선은 전극조립체(200)의 총고 변화에 따른 결과를 나타내며 점선은 전극조립체(200)의 직경 변화에 따른 결과를 나타낸다. 도 6에서, J/R은 젤리-롤 형태의 전극조립체를 의미한다.
도 6을 살펴보면, 전극조립체(200)의 총고 변화에 따른 실선의 기울기가 직경 변화에 따른 점선의 기울기보다 더 가파른 것을 확인할 수 있다. 본 실험에서는 전극조립체(200)의 총고 증가가 직경의 증가보다 약 1.7배만큼 전지 용량을 증가시키는 것으로 나타났다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예는 전극탭(250)의 결합부위(252)를 전극조립체(200)의 측면에 위치시키고, 전극조립체(200)의 상면 또는 하면측에 전극탭(250)이 존재하지 않도록 하여 전극탭(250)을 파우치 외부로 인출함으로써, 효과적으로 전극조립체(200)의 높이 방향으로 공간을 확보하고 전지 용량을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)에서 상기 전극탭(250)은 상기 전극조립체(200)의 측면을 따라서 상기 제2외장재(140)를 향해 연장되는 제1연장부(254), 상기 제1연장부(254)로부터 상기 테라스부(150)를 따라 연장되며 외부로 인출되는 제2연장부(256) 및 상기 제1연장부(254)와 상기 제2연장부(256)를 사이를 연결하며 절곡되는 절곡부(258)를 포함할 수 있다.
도 2를 참고할 때, 전극탭(250)의 제1연장부(254)는 전극조립체(200)와의 결합부위(252)로부터 연장되고, 전극조립체(200)의 측면을 따라 제2외장재(140)를 향해 연장될 수 있다. 즉, 제1연장부(254)는 전극조립체(200)와의 결합부위(252)로부터 제1외장재(120)의 개구를 향해 하방으로 연장될 수 있다.
한편, 제1연장부(254)에서 제2외장재(140)를 마주하는 단부에는 절곡부(258)가 형성될 수 있다. 전극탭(250)은 절곡부(258)를 통해 길이방향이 전극조립체(200)의 높이방향에서 전극조립체(200)의 직경방향으로 변화할 수 있다.
한편, 제2연장부(256)는 상기 절곡부(258)로부터 테라스부(150)를 따라 연장될 수 있다. 즉, 제2연장부(256)는 절곡부(258)로부터 제2외장재(140)의 제2테두리부(142)를 따라 연장되어 파우치의 외부로 인출될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는 전극탭(250)에 제1연장부(254), 절곡부(258) 및 제2연장부(256)가 형성됨으로써, 전극조립체(200)의 측면에 전극탭(250)을 결합시키고 전극조립체(200)의 측면에 보강부재(130)가 배치된 구조에서 효율적으로 전극탭(250)을 파우치 외부로 인출시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 상기 테라스부(150)는 상기 전극탭(250)이 관통하여 인출되는 인출홀(160)을 포함하고, 상기 인출홀(160)을 실링하며, 상기 제1외장재(120) 내부의 압력 상승 시 파열되는 벤트실링부(165)를 더 포함할 수 있다.
도 1 및 2에는 본 발명의 일 실시예에 따라 테라스부(150)에 형성되는 벤트실링부(165)가 도시되어 있다. 테라스부(150)에는 전극탭(250)이 인출될 수 있도록 인출홀(160)이 형성되며, 파우치 내부의 온전한 밀봉을 위해 인출홀(160)에 벤트실링부(165)가 마련될 수 있다.
벤트실링부(165)는 인출홀(160)에 충전되며, 열융착 등의 방식으로 결합되는 주변의 테라스부(150)와의 관계에서 더 낮은 강도를 가지고, 따라서 파우치의 내압이 상승되면 테라스부(150) 전체에서 우선하여 파열을 일으키고 파우치 내부의 가스가 배출할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예는 비정상적 상황으로서 파우치 내부의 가스 생성 및 내압 상승의 상황에서 벤트실링부(165)의 파열을 통해 내압을 해소함으로써, 이차 전지(100)의 폭발을 억제하고 안전성을 향상시킬 수 있다.
크기가 작은 코인형 전지의 경우, 공간적인 제한에 따라 구성의 단순화가 요구될 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 별도의 벤트부를 형성하는 대신 전극탭(250)이 인출되는 인출홀(160)에 벤트실링부(165)를 형성함으로써, 구성을 단순화하면서 효과적으로 내압을 해소할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
- 부호의 설명 -
100 : 이차 전지 120 : 제1외장재
122 : 제1테두리부 130 : 보강부재
140 : 제2외장재 142 : 제2테두리부
150 : 테라스부 160 : 인출홀
165 : 벤트실링부 190 : 고정링
200 : 전극조립체 210 : 귄회축
220 : 제1절연부재 222 : 관통홀
230 : 제2절연부재 250 : 전극탭
252 : 결합부위 254 : 제1연장부
256 : 제2연장부 258 : 절곡부

Claims (13)

  1. 제1전극 및 제2전극 사이에 세퍼레이터를 개재하여 권취되는 전극조립체;
    상기 전극조립체가 수용되고, 상기 전극조립체의 하면을 마주보는 개구를 가지는 제1외장재;
    상기 개구를 덮으며 상기 제1외장재와 결합되어 상기 제1외장재의 내부를 밀봉하는 제2외장재; 및
    상기 제1외장재 및 상기 제2외장재보다 더 큰 강성을 가지며, 상기 전극조립체와 상기 제1외장재 사이에 배치되고, 상기 전극조립체의 측면을 둘러싸는 측벽을 포함하는 보강부재;를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보강부재는 상기 전극조립체의 상면을 감싸는 상부벽을 더 포함하며 상기 전극조립체가 수용되는 캔 형태를 가지는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보강부재는 금속 소재로 형성되고,
    상기 전극조립체와 상기 보강부재 사이에서 상기 전극조립체를 감싸며, 상기 전극조립체를 상기 보강부재에 대해 절연하는 제1절연부재;를 더 포함하는 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전극조립체에 결합되고, 상기 전극조립체로부터 연장되어 상기 제1외장재의 외부로 인출되는 전극탭;을 더 포함하는 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1절연부재는 상기 전극탭이 관통하는 관통홀을 포함하고,
    상기 전극탭은 상기 관통홀을 통해 상기 제1절연부재 및 상기 보강부재 사이로 인출되며, 상기 보강부재와 접촉되는 부분에는 절연물질이 코팅되는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 관통홀을 밀폐하도록 상기 제1절연부재의 외면에 구비되는 제2절연부재;를 더 포함하는 이차 전지.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1외장재는, 상기 개구의 둘레를 감싸며 상기 개구로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 제1테두리부;를 포함하고,
    상기 제2외장재는, 상기 제1테두리부와 면착되어 테라스부를 형성하는 제2테두리부;를 포함하며,
    상기 전극탭은 상기 테라스부를 관통하여 상기 제1외장재의 외부로 인출되는 이차 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 테라스부는 상기 제1외장재의 외측면에 밀착되도록 접혀지는 이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    접혀진 상기 테라스부를 둘러싸며, 상기 테라스부를 상기 제1외장재의 상기 외측면에 밀착되도록 고정시키는 고정링;을 더 포함하는 이차 전지.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전극탭은 상기 전극조립체의 측면에 결합되어 외부로 인출되는 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전극탭은,
    상기 전극조립체의 측면을 따라서 상기 제2외장재를 향해 연장되는 제1연장부;
    상기 제1연장부로부터 상기 테라스부를 따라 연장되며 외부로 인출되는 제2연장부; 및
    상기 제1연장부와 상기 제2연장부를 사이를 연결하며 절곡되는 절곡부;를 포함하는 이차 전지.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 테라스부는 상기 전극탭이 관통하여 인출되는 인출홀을 포함하고,
    상기 인출홀을 실링하며, 상기 제1외장재 내부의 압력 상승 시 파열되는 벤트실링부;를 더 포함하는 이차 전지.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 이차 전지는 높이에 대한 직경비가 1 이상의 코인 형태를 가지는 이차 전지.
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