WO2018052264A1 - 이차전지 - Google Patents

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WO2018052264A1
WO2018052264A1 PCT/KR2017/010208 KR2017010208W WO2018052264A1 WO 2018052264 A1 WO2018052264 A1 WO 2018052264A1 KR 2017010208 W KR2017010208 W KR 2017010208W WO 2018052264 A1 WO2018052264 A1 WO 2018052264A1
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WO
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stepped
battery case
electrode assembly
folding
secondary battery
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PCT/KR2017/010208
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오세운
심정아
김현민
임성윤
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LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
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Publication date
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Priority to PL17851138.2T priority patent/PL3386019T3/pl
Priority to US16/068,214 priority patent/US10790477B2/en
Priority to JP2018537827A priority patent/JP6695432B2/ja
Priority to CN201780007987.1A priority patent/CN108496270B/zh
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • 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.
  • Secondary batteries unlike primary batteries, can be recharged and have been researched and developed in recent years due to the possibility of miniaturization and large capacity. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing.
  • Secondary batteries are classified into coin-type batteries, cylindrical batteries, square batteries, and pouch-type batteries according to the shape of the battery case.
  • the electrode assembly mounted inside the battery case is a power generator capable of charging and discharging having a stacked structure of electrodes and separators.
  • the electrode assembly is a jelly-roll type wound by separating a separator between a sheet-shaped anode and a cathode coated with an active material, and a stack type in which a plurality of anodes and cathodes are sequentially stacked with a separator therebetween. , And stacked unit cells can be roughly classified into a stack / fold type wound with a long length of separation film.
  • a pouch-type battery having a structure in which a stack type or a stack / fold type electrode assembly is incorporated into a pouch type battery case of an aluminum laminate sheet has attracted much attention due to its low manufacturing cost, small weight, and easy shape deformation. Its usage is also gradually increasing.
  • One aspect of the present invention is to provide a secondary battery that can increase the energy density by forming a battery case in a form that can be stored folding the sealing portion folded.
  • another aspect of the present invention is to provide a secondary battery that can prevent the occurrence of insulation damage to the folding portion of the battery case.
  • a secondary battery includes an electrode assembly formed by alternately stacking electrodes and a separator, and a battery case accommodating the electrode assembly therein, wherein the battery case is formed with a stepped portion formed on the top of the battery case.
  • the folded side of the battery case is sealed and seated on the outer side of the stepped portion, and the electrode assembly has a stepped step formed in a step corresponding to the inner side of the stepped portion formed in the battery case.
  • a stepped portion is formed in the battery case, and a folding portion in which the sealing portion of the battery case is folded is seated on the outside of the stepped portion and accommodated, and an electrode assembly is formed on the inside of the battery case so as to correspond to the stepped portion of the battery case. Maximum energy density can be obtained.
  • a locking jaw is provided at an upper end of the folding part of the battery case, and thus the end of the folding part is not detached by the locking jaw, and the fixing part can be firmly fixed so that the folding part is not loosened.
  • FIG. 1 is a front view of a rechargeable battery according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual view illustrating the A region illustrated in FIG. 1.
  • FIG 3 is a front view illustrating an electrode assembly in a rechargeable battery according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a rechargeable battery according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an electrode assembly according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating main parts of a rechargeable battery according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a rechargeable battery according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a side view illustrating a rechargeable battery according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a conceptual view illustrating the B region illustrated in FIG. 8.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating an electrode assembly according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a bottom perspective view of a rechargeable battery according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a side view illustrating a rechargeable battery according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating an electrode assembly according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a front view illustrating a secondary battery according to a first exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a conceptual view illustrating the A region illustrated in FIG. 1.
  • the secondary battery 100 includes an electrode assembly 110 and a battery case 120 accommodating the electrode assembly 110.
  • 120 is a stepped portion 124 and the folding portion 125 is formed.
  • FIGS. 1 and 3 a secondary battery as a first embodiment of the present invention will be described in detail.
  • the battery case 120 may include an upper case 122 and a lower case 121 to accommodate the electrode assembly 110 and the electrolyte therein.
  • the lower case 121 may include an accommodating part 123 in which the electrode assembly 110 and the electrolyte are accommodated, and the upper case 122 may be provided to cover the opening of the accommodating part 123.
  • the outer surfaces of the upper case 122 and the lower case 121 may be sealed and folded together to form the folding part 125, and may be seated on the stepped part 124.
  • the stepped part 124 may be formed to be stepped on the top of the battery case 120. In this case, the stepped part 124 may be formed at an upper side of the battery case 120.
  • the stepped part 124 may be formed to have a step in a form in which an outer surface thereof corresponds to the folding part 125.
  • the folding part 125 may be formed by folding the outer surface sealing part of the battery case 120 and may be formed a bent part 125a when the folding part 125 is folded.
  • the outer surface of the battery case 120 may be sealed and folded except for the bent portion 125a. Accordingly, insulation damage due to cracks or the like may be prevented from occurring in the sealing portion of the bent portion 125a during the wing folding process of folding the sealing portion of the outer circumferential surface of the battery case 120.
  • insulation damage due to cracks in the polymer layer that is bent and cured at the sealing portion of the bent portion 125a may be prevented from occurring.
  • the folding part 125 may be seated on the outer surface of the stepped part 124 and accommodated.
  • the folding part 125 may be attached to the outer surface of the stepped part 124 through a tape or an adhesive.
  • the folding unit 125 may be fixed to the outer surface of the stepped unit 124 through heat fusion as another example.
  • the folding part 125 may be fixed by heat fusion to the stepped part 124 except for the bent part 125a.
  • FIG 3 is a front view illustrating an electrode assembly in a rechargeable battery according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly 110 is a power generator capable of charging and discharging, and forms the structure in which the electrodes 113 and the separator 114 are alternately stacked.
  • the electrode 113 may be composed of an anode 111 and a cathode 112.
  • the electrode assembly 110 may have a structure in which the anode 111, the separator 114, and the cathode 112 are alternately stacked.
  • the separator 114 is made of an insulating material to electrically insulate between the positive electrode 111 and the negative electrode 112.
  • the separator 114 may be formed of, for example, a polyolefin-based resin film such as polyethylene and polypropylene having microporosity.
  • the electrode assembly 110 has a stepped jaw 115 formed in a shape corresponding to an inner surface of the stepped portion 124 of the battery case 120.
  • the stepped jaw 115 may be formed on the upper side of the electrode assembly 110.
  • the step height h1 of the stepped jaw 115 may correspond to the step height h2 of the stepped part 124.
  • the electrode assembly 110 may have an overall width () of the electrode assembly 110 such that the width w1 of the electrode 113 and the separator 114 positioned at the top thereof correspond to the stepped portion 124 of the battery case 120. It can be formed narrower than w2).
  • the outer surface formed along the circumference of the electrode assembly 110 may be formed in a form corresponding to the inner surface of the battery case 120. At this time, the outer surface of the electrode assembly 110 and the inner surface of the battery case 120 may be provided to be in close contact.
  • Equation 1 the increase in energy density per volume of the cell may be obtained from Equation 1 below.
  • the stepped portion 124 is formed on the upper side of the battery case 120 so that the folding portion 125 is accommodated and the electrode assembly 110 is correspondingly provided.
  • a folding part is formed on the side of a conventional battery case, and thus the energy density per volume is increased than the structure in which the width of the electrode assembly is reduced. That is, the folding portion 125 of the present invention is formed on the stepped portion 124 formed on the upper side of the battery case 120, rather than folding the conventional folding portion to the side of the battery case to reduce the overall side width of the electrode assembly. It can be seen that a structure that reduces only the width of the upper end of the electrode assembly 110 increases the energy density per volume.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a rechargeable battery according to a first exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating an electrode assembly according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 100 according to the first embodiment of the present invention is electrically connected to the electrode assembly 110 and extended to protrude to the outside of the battery case 120. ) May be further included.
  • the electrode leads 140 and 150 may include a cathode lead 140 electrically connected to the anode 111 and an anode lead 150 electrically connected to the cathode 112 in the electrode assembly 110.
  • the positive electrode lead 140 may protrude to the front end of the battery case 120
  • the negative electrode lead 150 may protrude to the rear end of the battery case 120.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating main parts of a rechargeable battery according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 200 includes an electrode assembly 110 and a battery case 220, and the battery case 220 includes the stepped portion 224 and the folding. Part 225 is included.
  • the battery case 220 may include an upper case 222 and a lower case 121, and may include a stepped part 224, a folding part 225, and a locking step 226.
  • the folding unit 225 of the battery case 220 is folded in two stages, and the battery There is a difference that the locking jaw 226 is further formed in the case 220. Therefore, the present embodiment briefly describes the contents overlapping with the first embodiment, and focuses on the differences.
  • the folding unit 225 may be folded in two stages from the outer end of the battery case 220 so that the first bent portion 225a and the second bent portion 225b may be sequentially formed.
  • the catching jaw 226 is formed to protrude in the direction of the folding portion 225 at the top of the stepped portion 224 of the battery case 220 so that the end portion of the folding portion 225 is not interrupted from the stepped portion 224. Can be formed.
  • the locking jaw 226 is formed in a round shape, and the second bending portion 225b positioned at the end of the folding portion 225 does not escape from the stepped portion 224 on the locking jaw 226. Can be combined.
  • the locking jaw 226 is formed at the top of the stepped portion 224 of the battery case 220, so that the second bending portion 225b of the folding portion 225 is not separated from the stepped portion 224 ( 226 may be coupled to an interference fit.
  • the second bent portion 225b may be bent in a round shape.
  • the step height h2 ′ of the stepped part 224 may correspond to the height h3 of the folding part 125.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a rechargeable battery according to a third exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a side view illustrating a rechargeable battery according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a conceptual view illustrating the B region illustrated in FIG. 8, and FIG. 10 is a perspective view illustrating an electrode assembly according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 300 includes an electrode assembly 310 and a battery case 320, and the battery case 320 has a stepped portion 324.
  • the folding unit 325, and the electrode assembly 310 includes the stepped jaw 315.
  • Secondary battery 300 according to the third embodiment of the present invention is compared with the secondary battery 100 according to the first embodiment and the secondary battery 200 according to another embodiment, the step of the battery case 320 There is a difference in the portion where the step 324 and the stepped step 315 of the electrode assembly 310 are formed.
  • the present embodiment briefly describes the contents overlapping with the first embodiment and other embodiments, and focuses on the differences.
  • the stepped portion 324 formed in the battery case 320 may include the first stepped portion 324a and the second. It may include a step 324b.
  • the first stepped portion 324a may be formed at the upper side of the battery case 320
  • the second stepped portion 324b may be formed at the lower rear end of the battery case 320.
  • the stepped jaw 315 formed in the electrode assembly 310 may include a first stepped jaw 315a and a second stepped jaw 315b.
  • the first stepped jaw 315a may be formed at the upper side of the electrode assembly 310
  • the second stepped jaw 315b may be formed at the lower rear end of the electrode assembly 310.
  • the upper side portion of the electrode assembly 310 may be formed in a form corresponding to the first stepped portion 324a, and the lower rear end portion of the electrode assembly 310 may be formed in a form corresponding to the second stepped portion 324b. have.
  • the folding unit 325 is first folded to be seated on the first stepped portion 324a of the battery case 320 and second folded to face the rear end surface of the battery case 320.
  • the third folding part 325b and the third folding part 325c folded to be seated on the second step part 324b of the battery case 320 may be included.
  • the secondary battery 300 according to the third embodiment of the present invention may further include electrode leads 340 and 350 that are electrically connected to the electrode assembly 310 and protrude outward of the battery case 320.
  • the electrode leads 340 and 350 may include a positive electrode lead 340 electrically connected to the positive electrode 111 in the electrode assembly 310, and a negative electrode lead 350 electrically connected to the negative electrode 112.
  • the positive lead 340 and the negative lead 350 may protrude to the front end of the battery case 320.
  • the secondary battery 300 when the electrode leads 340 and 350 are provided on one side of the battery case 320, the first folding part is formed on the upper side of the battery case 320.
  • a first stepped portion 324a is formed in which the portion 325a is accommodated, and in addition, a second stepped portion 324b is formed in the lower rear end of the battery case 320.
  • the electrode assembly 310 may be formed in a shape corresponding to the inside of the battery case 320, thereby ensuring the maximum energy density of the secondary battery 300.
  • FIG. 11 is a bottom perspective view of a rechargeable battery according to a fourth exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a side view of the rechargeable battery according to a fourth exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 400 includes an electrode assembly 410 and a battery case 420, and the battery case 420 has a stepped portion 424. ) And a folding unit 425, and the electrode assembly 410 includes a step 415.
  • the secondary battery 300 according to the fourth embodiment of the present invention includes the secondary battery 100 according to the first embodiment, the secondary battery 200 according to the second embodiment, and the secondary battery according to the third embodiment. Compared to 300, there is a difference in a portion where the stepped portion 424 of the battery case 420 and the stepped jaw 415 of the electrode assembly 410 are formed.
  • the present embodiment briefly describes contents overlapping with the first to third embodiments, and focuses on the differences.
  • the stepped portion 424 formed in the battery case 420 may be formed at the lower rear end of the battery case 420. Can be formed.
  • the stepped jaw 415 formed in the electrode assembly 410 may be formed at the lower rear end of the electrode assembly 410.
  • the lower rear end of the electrode assembly 410 may be formed in a form corresponding to the stepped portion 424 formed at the lower rear end of the battery case 420.
  • the folding unit 425 may be a first folding unit 425a primarily folded to face the rear end surface of the battery case 420 and a second folding second folding unit to be seated on the step 424 of the battery case 420. It may include a portion 425b.
  • the secondary battery 400 according to the fourth exemplary embodiment of the present invention may further include electrode leads 440 and 450 electrically connected to the electrode assembly 410 and extended to protrude out of the battery case 420.
  • the secondary battery 400 according to the fourth exemplary embodiment of the present invention configured as described above may include a second portion at a lower rear end of the battery case 420 when the electrode leads 440 and 450 are positioned at the front end of the battery case 420.
  • the stepped part 424 may be formed to accommodate the folding part 425b.
  • the electrode assembly 410 may be formed in a shape corresponding to the inside of the battery case 420, so that the energy density of the secondary battery 400 may be more maximized.

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Abstract

본 발명에 따른 이차전지는, 전극과 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스를 포함하고, 상기 전지 케이스는 상부에 단차지게 형성된 단차부가 형성되며, 상기 전지 케이스의 외측면이 실링되어 폴딩된 폴딩부가 상기 단차부의 외측면에 안착되고, 상기 전극 조립체는 상기 전지 케이스에 형성된 상기 단차부의 내측면에 대응되는 형태로 단차지게 형성된 단차턱이 형성된다.

Description

이차전지
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2016년 09월 19일자 한국특허출원 제10-2016-0119146호 및 2017년 09월 13일자 한국특허출원 제10-2017-0117320호에 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, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 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.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
본 발명의 하나의 관점은 실링 부분이 폴딩된 폴딩부가 수납 가능한 형태로 전지 케이스를 형성하여 에너지 밀도를 증대할 수 있는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 관점은 전지 케이스의 폴딩부에 절연손상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는, 전극과 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스를 포함하고, 상기 전지 케이스는 상부에 단차지게 형성된 단차부가 형성되며, 상기 전지 케이스의 외측면이 실링되어 폴딩된 폴딩부가 상기 단차부의 외측면에 안착되고, 상기 전극 조립체는 상기 전지 케이스에 형성된 상기 단차부의 내측면에 대응되는 형태로 단차지게 형성된 단차턱이 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전지 케이스에 단차부가 형성되어 전지 케이스의 실링 부분이 폴딩된 폴딩부가 단차부의 외측에 안착되어 수납되고, 전지 케이스의 내측에 전지 케이스의 단차부에 대응되도록 전극 조립체가 형성되어, 에너지 밀도를 최대한 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전지 케이스의 폴딩부에서 절곡부를 제외한 부분을 실링하여 절곡부의 실링부위에서 균열들에 기인하는 절연손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 전지 케이스의 폴딩부가 안착되는 상단에 걸림턱을 구비하여, 폴딩부의 단부가 걸림턱에 의해 이탈되지 않고, 폴딩부의 결합이 풀리지 않도록 견고한 고정을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 A 영역을 투시하여 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 요부 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 측면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 B 영역을 투시하여 나타낸 개념도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 저부 사시도이다.
도 12은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 측면도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
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 제1 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A 영역을 투시하여 나타낸 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(100)는 전극 조립체(110) 및 전극 조립체(110)를 수용하는 전지 케이스(120)를 포함하고, 전지 케이스(120)는 단차부(124) 및 폴딩부(125)가 형성된다.
이하에서, 도 1 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예인 이차전지에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 전지 케이스(120)는 상부 케이스(122) 및 하부 케이스(121)를 포함하여, 전극 조립체(110) 및 전해액을 내부에 수용할 수 있다.
하부 케이스(121)는 전극 조립체(110) 및 전해액이 수용되는 수용부(123)가 형성되고, 상부 케이스(122)는 수용부(123)의 개구 부분을 덮도록 구비될 수 있다. 여기서, 상부 케이스(122)와 하부 케이스(121)의 외측면은 함께 실링(Sealing) 및 폴딩(Foding)되어 폴딩부(125)를 형성하고, 단차부(124)에 안착될 수 있다.
단차부(124)는 전지 케이스(120)의 상부에 단차지게 형성될 수 있다. 이때, 단차부(124)는 전지 케이스(120)의 상측 측부에 형성될 수 있다.
또한, 단차부(124)는 외측면이 폴딩부(125)와 대응되는 형태로 단차지게 형성될 수 있다.
폴딩부(125)는 전지 케이스(120)의 외측면 실링 부분이 폴딩되어 형성되고, 폴딩 시 절곡된 절곡부(125a)가 형성될 수 있다. 여기서, 전지 케이스(120)의 외측면은 절곡부(125a)를 제외하고 실링되어 폴딩될 수 있다. 이에 따라, 전지 케이스(120)의 외주면의 실링 부위를 폴딩하는 윙폴딩(Wingfolding) 과정에서 절곡부(125a)의 실링 부분에 균열등에 기인하는 절연손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 전지 케이스(120)가 폴리머를 포함하여 라미네이트 시트로 이루어질 때, 절곡부(125a)의 실링 부위에서 절곡하여 경화된 폴리머층의 균열들에 기인하는 절연손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 폴딩부(125)는 단차부(124)의 외측면에 안착되어 수납될 수 있다.
아울러, 폴딩부(125)는 일례로 단차부(124)의 외측면에 테이프 또는 접착제를 통해 부착될 수 있다.
그리고, 폴딩부(125)는 다른 예로 단차부(124)의 외측면에 열융착을 통해 고정될 수 있다. 이때, 폴딩부(125)는 절곡부(125a)를 제외한 부분이 단차부(124)에 열융착되어 고정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 정면도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 전극 조립체(110)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(113)과 분리막(114)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다.
전극(113)은 양극(111) 및 음극(112)으로 구성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(110)는 양극(111)/분리막(114)/음극(112)이 교대로 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
분리막(114)은 절연 재질로 이루어져 양극(111)과 음극(112) 사이를 전기적으로 절연한다. 여기서, 분리막(114)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
또한, 전극 조립체(110)는 상부에 전지 케이스(120)의 단차부(124) 내측면에 대응되는 형태로 단차턱(115)이 형성된다. 여기서, 단차턱(115)은 전극 조립체(110)의 상측 측부에 형성될 수 있다.
그리고, 단차턱(115)의 단차 높이(h1)는 단차부(124)의 단차 높이(h2)에 대응될 수 있다.
아울러, 전극 조립체(110)는 상단에 위치된 전극(113) 및 분리막(114)의 폭(w1)이 전지 케이스(120)의 단차부(124)에 대응되도록 전극 조립체(110)의 전체 폭(w2) 보다 좁게 형성될 수 있다.
한편, 전극 조립체(110)의 둘레를 따라 형성되는 외측면은 전지 케이스(120)의 내측면과 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(110)의 외측면과 전지 케이스(120)의 내측면은 밀착되도록 구비될 수 있다.
한편, 셀(Cell)의 부피당 에너지 밀도 증가분은 다음의 수학식 1로부터 구할 수 있다.
Figure PCTKR2017010208-appb-M000001
D: 부피당 에너지 밀도 증가분
L: 셀(Cell)의 양극 높이
W: 셀의 양극 폭
S: monocell(stack) 수
A: 종래의 폴딩 구조로 인한 셀 면적 손실폭
B: 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 구조로 인한 최상층 양극 손실폭
여기서, 예를 들어 L을 250mm, W를 100mm, S를 29, A를 2.8mm, B를 14mm 라고 하면, 부피당 에너지 밀도 증가분(D)는 [{(250*2.8*29)-(250*14*1)}/(250*100*29)]= 0.023 = 2.3(%) 임을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 전극 조립체(110)는 에너지 밀도가 증가됨을 알 수 있다.
결국, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(100)는 전지 케이스(120)의 상부 측면에 단차부(124)가 형성되어 폴딩부(125)가 수납되고, 이에 대응되도록 전극 조립체(110)의 상단측에 위치된 일부 단위셀의 폭만 감소시킨 구조로서, 종래의 전지 케이스 측면에 폴딩부가 형성되어 전극 조립체의 폭이 전체적으로 감소한 구조 보다 부피당 에너지 밀도가 증가됨을 알 수 있다. 즉, 종래의 폴딩부를 전지 케이스의 측면으로 폴딩시켜 전극 조립체의 측면 폭이 전체적으로 감소되는 형태 보다, 본 발명의 폴딩부(125)를 전지 케이스(120)의 상부 측면에 형성된 단차부(124)에 수납하여 전극 조립체(110)의 상단의 폭만을 감소시키는 구조가 부피당 에너지 밀도를 증가시킴을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(100)는 전극 조립체(110)에 전기적으로 연결되어 전지 케이스(120)의 외측으로 돌출되도록 연장된 전극 리드(140,150)를 더 포함할 수 있다.
전극 리드(140,150)는 전극 조립체(110)에서 양극(111)과 전기적으로 연결된 양극 리드(140) 및 음극(112)과 전기적으로 연결된 음극 리드(150)를 포함할 수 있다.
여기서, 예를들어 양극 리드(140)는 전지 케이스(120)의 선단으로 돌출되고, 음극 리드(150)는 전지 케이스(120)의 후단으로 돌출될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 요부 단면도이다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지(200)는, 전극 조립체(110) 및 전지 케이스(220)를 포함하고, 전지 케이스(220)는 단차부(224) 및 폴딩부(225)를 포함한다. 이때, 전지 케이스(220)는 상부 케이스(222) 및 하부 케이스(121)를 포함하여 형성되고, 단차부(224)와, 폴딩부(225) 및 걸림턱(226)을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지(200)는 전술한 제1 실시예에 따른 이차전지(100)와 비교할 때, 전지 케이스(220)의 폴딩부(225)가 2단 폴딩되고, 전지 케이스(220)에 걸림턱(226)을 더 형성되는 차이점이 존재한다. 따라서, 본 실시예는 제1 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 폴딩부(225)는 전지 케이스(220)의 외측부 끝단으로부터 2단 폴딩되어, 제1 절곡부(225a) 및 제2 절곡부(225b)가 순차적으로 형성될 수 있다.
걸림턱(226)은 전지 케이스(220)의 단차부(224)의 상단에 폴딩부(225) 방향으로 돌출형성되어, 폴딩부(225)의 단부가 단차부(224)로부터 이탈되지 않도록 단속하도록 형성될 수 있다.
또한, 걸림턱(226)은 라운드(Round) 형태로 형성되고, 폴딩부(225)의 단부에 위치되는 제2 절곡부(225b)가 단차부(224)로부터 이탈되지 않도록 걸림턱(226)에 결합될 수 있다.
여기서, 걸림턱(226)은 전지 케이스(220)의 단차부(224) 최상단에 형성되어, 폴딩부(225)의 제2 절곡부(225b)가 단차부(224)로부터 이탈되지 않도록 걸림턱(226)에 억지끼움 결합될 수 있다. 이때, 제2 절곡부(225b)는 라운드 형태로 절곡될 수 있다.
한편, 단차부(224)의 단차 높이(h2')는 폴딩부(125)의 높이(h3)에 대응될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 측면도이다.
또한, 도 9는 도 8에 도시된 B 영역을 투시하여 나타낸 개념도이며, 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 7 내지 도 10을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(300)는, 전극 조립체(310) 및 전지 케이스(320)를 포함하고, 전지 케이스(320)는 단차부(324) 및 폴딩부(325)를 포함하며, 전극 조립체(310)는 단차턱(315)을 포함한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(300)는 전술한 제1 실시예에 따른 이차전지(100) 및 다른 실시예에 따른 이차전지(200)와 비교할 때, 전지 케이스(320)의 단차부(324) 및 전극 조립체(310)의 단차턱(315)이 형성된 부분에서 차이가 있다.
따라서, 본 실시예는 제1 실시예 및 다른 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 도 7 내지 도 10을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(300)에서 전지 케이스(320)에 형성된 단차부(324)는 제1 단차부(324a) 및 제2 단차부(324b)를 포함할 수 있다. 여기서, 예를들어, 제1 단차부(324a)는 전지 케이스(320)의 상측 측부에 형성되고, 제2 단차부(324b)는 전지 케이스(320)의 하측 후단부에 형성될 수 있다.
또한, 전극 조립체(310)에 형성된 단차턱(315)은 제1 단차턱(315a) 및 제2 단차턱(315b)을 포함할 수 있다. 여기서, 예를 들어, 제1 단차턱(315a)은 전극 조립체(310)의 상측 측부에 형성되고, 제2 단차턱(315b)은 전극 조립체(310)의 하측 후단부에 형성될 수 있다.
한편, 전극 조립체(310)의 상측 측부는 제1 단차부(324a)에 대응되는 형태로 형성되고, 전극 조립체(310)의 하측 후단부는 제2 단차부(324b)에 대응되는 형태로 형성될 수 있다.
폴딩부(325)는 전지 케이스(320)의 제1 단차부(324a)에 안착되도록 1차 폴딩된 제1 폴딩부(325a)와, 전지 케이스(320)의 후단면과 대면되도록 2차 폴딩된 제2 폴딩부(325b) 및 전지 케이스(320)의 제2 단차부(324b)에 안착되도록 3차 폴딩된 제3 폴딩부(325c)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(300)는 전극 조립체(310)에 전기적으로 연결되어 전지 케이스(320)의 외측으로 돌출되도록 연장된 전극 리드(340,350)를 더 포함할 수 있다.
전극 리드(340,350)는 전극 조립체(310)에서 양극(111)과 전기적으로 연결된 양극 리드(340) 및 음극(112)과 전기적으로 연결된 음극 리드(350)를 포함할 수 있다.
여기서, 예를들어 양극 리드(340) 및 음극 리드(350)는 전지 케이스(320)의 선단으로 돌출될 수 있다.
상기와 같이 구성된, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(300)는 전극 리드(340,350)가 전지 케이스(320)의 일측으로 구비될 때, 전지 케이스(320)의 상측 측부에 제1 폴딩부(325a)가 수납되는 제1 단차부(324a)를 형성시키고, 이에 더하여 전지 케이스(320)의 하측 후단부에 제3 폴딩부(325c)가 수납되는 제2 단차부(324b)를 더 형성시킬 수 있다. 이때, 전극 조립체(310)는 전지 케이스(320)의 내측에 대응되는 형태로 형성시켜, 이차전지(300)의 에너지 밀도를 보다 최대한 확보할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 저부 사시도이고, 도 12은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 측면도이며, 도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 11 내지 도 13을 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지(400)는, 전극 조립체(410) 및 전지 케이스(420)를 포함하고, 전지 케이스(420)는 단차부(424) 및 폴딩부(425)를 포함하며, 전극 조립체(410)는 단차턱(415)을 포함한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지(300)는 전술한 제1 실시예에 따른 이차전지(100)와, 제2 실시예에 따른 이차전지(200) 및 제3 실시예에 따른 이차전지(300)와 비교할 때, 전지 케이스(420)의 단차부(424) 및 전극 조립체(410)의 단차턱(415)이 형성된 부분에서 차이가 있다.
따라서, 본 실시예는 제1 실시예 내지 제3 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 도 10 내지 도 12를 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지(400)에서 전지 케이스(420)에 형성된 단차부(424)는 전지 케이스(420)의 하측 후단부에 형성될 수 있다.
또한, 전극 조립체(410)에 형성된 단차턱(415)은 전극 조립체(410)의 하측 후단부에 형성될 수 있다.
한편, 전극 조립체(410)의 하측 후단부는 전지 케이스(420)의 하측 후단부에 형성된 단차부(424)에 대응되는 형태로 형성될 수 있다.
폴딩부(425)는 전지 케이스(420)의 후단면과 대면되도록 1차 폴딩된 제1 폴딩부(425a) 및 전지 케이스(420)의 단차부(424)에 안착되도록 2차 폴딩된 제2 폴딩부(425b)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지(400)는 전극 조립체(410)에 전기적으로 연결되어 전지 케이스(420)의 외측으로 돌출되도록 연장된 전극 리드(440,450)를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된, 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지(400)는 전극 리드(440,450)가 전지 케이스(420)의 선단에 위치될 때, 전지 케이스(420)의 하측 후단부에 제2 폴딩부(425b)가 수납되는 단차부(424)를 형성시킬 수 있다. 이때, 전극 조립체(410)는 전지 케이스(420)의 내측에 대응되는 형태로 형성시켜, 이차전지(400)의 에너지 밀도를 보다 최대한 확보할 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 (17)

  1. 전극과 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스를 포함하고,
    상기 전지 케이스는 단차지게 형성된 단차부가 형성되며,
    상기 전지 케이스의 외측면이 실링되어 폴딩된 폴딩부가 상기 단차부의 외측면에 안착되고,
    상기 전극 조립체는 상기 전지 케이스에 형성된 상기 단차부의 내측면에 대응되는 형태로 단차지게 형성된 단차턱이 형성되는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단차부는 외측면이 상기 폴딩부와 대응되는 형태로 단차지게 형성되는 이차전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전지 케이스의 상기 단차부는 상기 전지 케이스의 상측 측부에 형성되고,
    상기 전극 조립체의 상기 단차턱은 상기 전극 조립체의 상측 측부에 형성되며,
    상기 전극 조립체는 상단에 위치된 상기 전극 및 상기 분리막의 폭이 상기 전지 케이스의 상기 단차부에 대응되도록 좁게 형성되는 이차전지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전극 조립체의 둘레를 따라 형성되는 상기 단차턱의 외측면은 상기 전지 케이스의 상기 단차부의 내측면과 대응되는 형태로 형성되고,
    상기 전극 조립체의 상기 단차턱의 외측면과 상기 전지 케이스의 상기 단차부의 내측면은 밀착되도록 구비되는 이차전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴딩부는 상기 단차부의 외측면에 테이프 또는 접착제를 통해 부착되는 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴딩부는 절곡된 절곡부가 형성되고,
    상기 전지 케이스의 외측면은 상기 절곡부를 제외한 부분이 실링되어 폴딩된 이차전지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 폴딩부에서 상기 절곡부를 제외한 부분이 상기 단차부의 외측면에 열융착되어 고정된 이차전지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전지 케이스는 상기 전극 조립체를 수용하는 수용부가 형성된 하부 케이스와, 상기 수용부를 덮는 상부케이스를 포함하고,
    상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스의 외측면은 함께 폴딩되어 상기 폴딩부를 형성하여 상기 단차부에 안착되는 이차전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 단차부의 단차 높이는 상기 폴딩부의 높이에 대응되는 이차전지.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴딩부는 2단 폴딩되어 제1 절곡부 및 제2 절곡부가 순차적으로 형성된 이차전지.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 단차부의 상단에 상기 폴딩부 방향으로 돌출형성되어, 상기 폴딩부의 단부가 상기 단차부로부터 이탈되지 않도록 단속하는 걸림턱이 형성된 이차전지.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 걸림턱은 라운드(Round) 형태로 형성되고, 상기 폴딩부의 단부에 위치되는 상기 제2 절곡부가 상기 단차부로부터 이탈되지 않도록 상기 걸림턱에 결합된 이차전지.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 전지 케이스의 상기 단차부는 상기 전지 케이스의 상측 측부에 형성된 제1 단차부 및 상기 전지 케이스의 하측 후단부에 형성된 제2 단차부를 포함하고,
    상기 전극 조립체의 상기 단차턱은 상기 전극 조립체의 상측 측부에 형성된 제1 단차턱 및 상기 전극 조립체의 하측 후단부에 형성된 제2 단차턱을 포함하는 이차전지.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 전극 조립체의 상측 측부는 상기 제1 단차부에 대응되는 형태로 형성되고,
    상기 전극 조립체의 하측 후단부는 상기 제2 단차부에 대응되는 형태로 형성되는 이차전지.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 폴딩부는,
    상기 전지 케이스의 제1 단차부에 안착되도록 1차 폴딩된 제1 폴딩부;
    상기 전지 케이스의 후단면과 대면되도록 2차 폴딩된 제2 폴딩부; 및
    상기 전지 케이스의 제2 단차부에 안착되도록 3차 폴딩된 제3 폴딩부를 포함하는 이차전지.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 전지 케이스의 상기 단차부는 상기 전지 케이스의 하측 후단부에 형성되고,
    상기 전극 조립체의 상기 단차턱은 상기 전극 조립체의 하측 후단부에 형성되는 이차전지.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 폴딩부는,
    상기 전지 케이스의 후단면과 대면되도록 1차 폴딩된 제1 폴딩부; 및
    상기 전지 케이스의 상기 단차부에 안착되도록 2차 폴딩된 제2 폴딩부를 포함하는 이차전지.
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