JP6692433B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池に関し、より詳しくは、凹凸構造の正極板及び負極板を有する二次電池に関する。

本出願は、２０１６年７月６日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−００８５５７１号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

二次電池は、多様な製品への適用が容易であり、高いエネルギー密度を有する電気的特性を有する。このような二次電池は、携帯用電子器機のみならず電気的駆動源によって駆動する電気車またはハイブリッド車、電力貯蔵装置などに応用されている。

電気車などに適用されるバッテリーパックは、高出力を得るために、複数のバッテリーを含む複数のバッテリーセルを連結した構造を有している。そして、個々のバッテリーセルは電極組立体であって、正極及び負極集電体、セパレーター、活物質、電解液などを含み、構成要素間の電気化学的反応によって反復的な充放電が可能である。

なお、近来、エネルギー貯蔵源としての活用を含めて大容量構造に対する必要性が高まるにつれ、複数の二次電池が直列または並列で接続した複数のバッテリーモジュールを集合したマルチモジュール構造のバッテリーパックに対する需要が増加しつつある。

一方、二次電池バッテリーの充電または放電の過程において、電気化学的反応によって熱が発生する。充放電過程で発生したバッテリーモジュールの熱が効果的に除去されなければ、熱蓄積が起こり得る。また、バッテリーの劣化が促進し、場合によっては発火または爆発へつながり得る。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、上述の二次電池から発生する熱を放出できる構造の電極組立体を有する二次電池を提供することを目的とする。

また、本発明は、新規な構造の電極組立体を有する二次電池を提供することを他の目的とする。

但し、本発明が解決しようとする課題はこれに限定されず、ここに言及されていない更なる他の技術的課題は、以下に記載された発明の説明からより明確に理解されるだろう。

本発明は、二次電池を提供する。

本発明の一実施例によれば、前記二次電池は、正極活物質が挿入される複数個の正極凹凸溝を有する正極板と、負極活物質が挿入され、前記正極凹凸溝に対向して位置する複数個の負極凹凸溝を有する負極板と、前記正極板と前記負極板との間に介される単位分離膜と、を有する単位電極体を複数個有する電極組立体と、前記電極組立体及び電解液が収納される収納部を有するケースと、を含み、前記正極板と前記負極板とは、前記単位分離膜を基準に相互対称するように形成され得る。

一実施例によれば、複数個の前記単位電極体は、一方向へ相互積層されて位置され得る。

一実施例によれば、隣接する前記単位電極体において、相互隣接する正極凹凸溝または負極凹凸溝は、負極板または正極板に相互嵌合し得る。

一実施例によれば、前記二次電池は、複数個の前記単位電極体の間に各々介される分離膜をさらに含み得る。

一実施例によれば、前記分離膜は、隣接する前記正極板または負極板に対応する形状として設けられ得る。

本発明の一実施例によれば、複数個の凹凸溝を有する正極板及び負極板を有する電極組立体を提供し、二次電池の放熱効果を極大化することができる。

本発明の効果は上述の効果に限定されず、言及していない効果は、本明細書及び添付の図面から本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者に明確に理解されるだろう。

本発明の一実施例による二次電池の分解斜視図である。 図１の二次電池の結合斜視図である。 図１の電極組立体において、単位電極体を示す断面図である。 図１の電極組立体において、複数個の単位電極体が積層された様子を示す断面図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。しかし、本発明による実施例は多くの他の形態に変更でき、本発明の範囲が後述する実施例に限定されると解釈されてはならない。本発明の実施例は当業界で通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。図面における要素の形状などは、より明確な説明を強調するために誇張して示すこともある。また、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。

図１は、本発明の一実施例による二次電池の分解斜視図であり、図２は、図１の二次電池の結合斜視図である。

図１及び図２を参照すれば、二次電池１０は、充放電が可能な電池である。一例で、二次電池１０は、パウチ型二次電池として提供され得る。以下、本発明の二次電池１０をパウチ型二次電池として提供されることを例に挙げて説明する。

二次電池１０は、ケース１００、電極組立体２００、電極タブ３００及び電極リード４００を含む。

ケース１００は、内部空間１０１を有し得る。ケース１００の内部には、後述する電極組立体２００及び電解液が収納され得る。ケース１００の中央領域は、上下方向へ突出して設けられ得る。ケース１００は、上部ケース１１０及び下部ケース１２０を含む。

上部ケース１１０及び下部ケース１２０は、相互組み付けられて内部空間１０１を形成する。上部ケース１１０の中央領域は、上部方向へ突出した形状を有する。下部ケース１２０は、上部ケース１１０の下部に位置する。下部ケース１２０の中央領域は、下部方向へ突出した形状を有する。これとは違って、ケース１００の内部空間は、上部ケース１１０または下部ケース１２０のうちいずれか一つのみに形成され得る。

上部ケース１１０及び下部ケース１２０は各々封止部１６０を有する。上部ケース１１０の封止部１６０及び下部ケース１２０の封止部１６０は、相互対向するように設けられ得る。上部ケース１１０の封止部１６０及び下部ケース１２０の封止部１６０は、内側に位置した内部接着層が熱溶着などによって相互接着され得る。封止部１６０の接着によって内部空間１０１を密閉することができる。

ケース１００の内部空間１０１には、電解液及び電極組立体２００が収納される。ケース１００は、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を有し得る。外部絶縁層は、外部の水分、ガスなどの内部への浸透を防止することができる。金属層は、ケース１００の機械的強度を向上させることができる。金属層は、アルミニウムで設けられ得る。これとは違って、金属層は、鉄、炭素、クロム、マンガンの合金、鉄、ニッケル及びニッケルの合金、アルミニウムまたはその等価物から選択されたいずれか一つで設けられ得る。金属層が鉄を含む材質を使用する場合、機械的強度が高くなる。金属層がアルミニウム材質からなるものを使用する場合、軟性がよくなる。望ましい実施例として、金属層はアルミニウム材質からなることができる。外部絶縁層及び内部接着層は、ポリマー材質からなることができる。

電極組立体２００は、単位電極体２１０及び分離膜２９０を含む。

図３は、図１の電極組立体における単位電極体を示す断面図である。

図３を参照すれば、単位電極体２１０は、正極板２３０、負極板２５０及び単位分離膜２７０を含む。単位電極体２１０は、複数個として設けられ得る。複数の単位電極体２１０は、一方向へ相互積層されて設けられ得る。

正極板２３０は、正極凹凸溝２３１を有し得る。正極凹凸溝２３１は、複数個が設けられ得る。複数個の正極凹凸溝２３１は、相互一定距離に離隔して位置し得る。正極凹凸溝２３１は、上部方向へ突出して設けられ得る。正極凹凸溝２３１の断面は、長方形の形状を有し得る。相互隣接する正極凹凸溝２３１の間の正極板２３０の部分は、水平に延びるように設けられ得る。

正極板２３０は、アルミニウム材質からなることができる。これとは違って、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、焼成炭素、またはアルミニウムやステンレス鋼の表面に、カーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したもので設けられ得る。選択的に、二次電池１０の化学的変化を起すことなく、高い導電性を有する材質で設けられ得る。

正極凹凸溝２３１には、正極活物質２３３が挿入されて設けられ得る。正極活物質２３３は、リチウム系の活物質であり得る。一例で、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＦｅＰＯ４またはＬｉ１＋ｚＮｉ１−ｘ−ｙＣｏｘＭｙＯ２（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１、０≦Ｚ≦、Ｍは、Ａｌ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｍｎなどの金属）などの金属酸化物を用いることができる。

負極板２５０は、負極凹凸溝２５１を有し得る。負極凹凸溝２５１は、複数個として設けられ得る。複数個の負極凹凸溝２５１は、相互一定距離に離隔して位置し得る。負極凹凸溝２５１は、下部方向へ突出して設けられ得る。負極凹凸溝２５１は、正極凹凸溝２３１に対応するように位置し得る。負極凹凸溝２５１の断面は、長方形の形状を有し得る。相互隣接する負極凹凸溝２５１の間の負極板２５０の部分は、水平に延びるように設けられ得る。

負極板２５０は、銅材質からなることができる。これとは違って、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅やステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したもので設けられ得る。選択的に、アルミニウム−カドミウム合金からなることができる。

負極凹凸溝２５１には、負極活物質２５３が挿入され得る。負極活物質２５３は、炭素系の活物質であり得る。一例で、負極活物質２５３は、結晶質炭素、非晶質炭素、炭素複合体、炭素繊維などの炭素材料、リチウム金属、リチウム合金などを用いることができる。上述の例とは違って、正極活物質２３３及び負極活物質２５３の種類と化学的組成は、二次電池１０の種類によって異なって設けられ得る。

単位分離膜２７０は、正極板２３０と負極板２５０との間に介され得る。単位分離膜２７０は、一方向へ延びるように設けられ得る。単位分離膜２７０を基準に正極板２３０及び負極板２５０の形状は、相互対称するように形成され得る。

単位分離膜２７０は、多孔性材質からなることができる。一例で、単位分離膜２７０は、多孔性高分子膜である、ポリオレフィン膜、ポリビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン、ポリビニリデンフルオライド−トリクロロエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテート、エチレンビニルアセテート共重合体、ポリエチレンオキシド、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネイト、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルセルロース、シアノエチルスクロース、プルラン、カルボキシルメチルセルロース、アクリロニトリルスチレンブタジエン共重合体、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンナフタレン、不織布膜、多孔性ウェブ構造を有する膜またはこれらの混合物であり得る。

図４は、図１の電極組立体において複数個の単位電極体が積層された様子を示す断面図である。

図４を参照すれば、単位電極体２１０は、相互積層されて設けられ得る。一例で、図４のように、単位電極体２１０は、上部方向へ積層されて設けられ得る。隣接する単位電極体２１０のうち、相互隣接する正極凹凸溝２３１または負極凹凸溝は、負極板２５０または正極板２３０に相互嵌合できる。

一例で、隣接する単位電極体２１０において、下部に位置する単位電極体２１０の正極板２３０と、上部に位置する負極板２５０とが、相互隣接するように位置し得る。下部に位置する単位電極体２１０の正極板２３０の正極凹凸溝２３１は、上部に位置する単位電極体２１０の負極凹凸溝２５１の間の空間に結合できる。上部に位置する単位電極体２１０の負極凹凸溝２５１は、下部に位置する単位電極体２１０の正極凹凸溝２３１の間の空間に結合できる。

単位電極体２１０は、上述の結合によって残余空間なく各々結合して相互積層できる。図４では、４つの単位電極体２１０が相互積層されて結合することを例に挙げたが、これに限定されず、単位電極体２１０は、４つ以上の単位電極体２１０が相互積層されて設けられ得る。

分離膜２９０は、複数個の単位電極体２１０の間に位置し得る。一例で、分離膜２９０は、隣接する単位電極体２１０の間に位置できる。分離膜２９０は、下部に位置する単位電極体２１０の正極板２３０と、上部に位置する単位電極体２１０の負極板２５０との間に位置し得る。分離膜２９０は、下部に位置する単位電極体２１０の正極板２３０、または上部に位置する単位電極体２１０の負極板２５０に対応する形状として設けられ得る。

分離膜２９０は、多孔性材質で設けられ得る。一例で、分離膜２９０は、単位分離膜２７０と同一の材質からなることができる。

上述のように、正極板２３０及び負極板２５０は、各々正極凹凸溝２３１及び負極凹凸溝２５１を有する構造として設けられ、接触表面積を広くすることができる。正極板２３０及び負極板２５０の接触表面積を広くすることで、電極組立体２００から発生する熱を外部へ放出する効果を最大化することができる。また、各々の正極板２３０及び負極板２５０が有する凹凸溝の構造によって、各々の単位電極体２１０の結合力を向上させることができる。

さらに、図１及び図２を参照すれば、電極タブ３００は、電極組立体２００から突出するように延びて形成され得る。電極タブ３００は、正極タブ３１０及び負極タブ３２０を含む。正極タブ３１０は、正極板２３０の非コーティング部から延び得、負極タブ３２０は、負極板２５０の非コーティング部から延び得る。正極タブ３１０及び負極タブ３２０は、二次電池１０に各々一つずつ備えられ得る。これとは違って、正極タブ３１０及び負極タブ３２０は、複数個が設けられ得る。

電極リード４００は、二次電池１０を外部の他の装置と電気的に接続させることができる。電極リード４００は、正極リード４１０及び負極リード４２０を含み得る。電極リード４００は、ケース１００の内側から外側まで延びるように設けられ得る。電極リード４００の一部領域は、封止部１６０の間に介され得る。電極リード４００は、電極タブ３００と接続する。本発明の電極リード４００は、ケース１００の一側に正極リード４１０及び負極リード４２０がともに設けられ得る。これとは違って、ケース１００の一側に正極リード４１０が設けられ、他側に負極リード４２０が設けられ得る。

二次電池１０は、収納部１５０及び封止部１６０を有する。ここで、収納部１５０は、二次電池１０において電極組立体２００が収納される部分である。封止部１６０は、ケース１００において、収納部１５０を囲む四つの縁部が封止される部分である。

上述したように、本発明の一実施例によれば、従来の電極組立体に比べ、正極板２３０及び負極板２５０各々の表面積がさらに広くなった、新規な構造の電極組立体２００を有する二次電池１０を提供することで、二次電池１０から発生する熱を効果的に放出することができる。

以上の詳細な説明は、本発明を例示する。また、上述の内容は、本発明の望ましい実施形態を説明することであり、本発明は、多様な他の組合せ、変更及び環境で使用できる。即ち、本明細書に開示された発明の概念範囲、開示内容と均等な範囲及び／または当業界の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。上述の実施例は、本発明の技術的思想を具現するための最善の状態を説明することであり、本発明の具体的な適用分野及び用途において要求される多様な変更も可能である。したがって、以上の発明の詳細な説明は、開示の実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。また、添付の請求範囲は、他の実施状態も含むことに解釈すべきである。

二次電池１０
１００ ケース
１０１ 内部空間
１１０ 上部ケース
１２０ 下部ケース
１６０ 封止部
２００ 電極組立体
２１０ 単位電極体
２３０ 正極板
２３１ 正極凹凸溝
２３３ 正極活物質
２５０ 負極板
２７０ 単位分離膜
２９０ 分離膜
３００ 電極タブ
４００ 電極リード

Claims (2)

1. 正極活物質が挿入される複数個の正極凹凸溝を有する正極板と、負極活物質が挿入され、前記正極凹凸溝に対向して位置する複数個の負極凹凸溝を有する負極板と、前記正極板と前記負極板との間に介される単位分離膜と、を有する単位電極体を複数個有する電極組立体と、
   前記電極組立体及び電解液が収納される収納部を有するケースと、
   複数個の前記単位電極体の間に各々介される分離膜と、を含み、
   前記正極板と前記負極板とは、前記単位分離膜を基準に相互対称するように形成され、
   隣接する前記単位電極体において、相互隣接する正極凹凸溝または負極凹凸溝が、負極板または正極板に相互嵌合し、
   前記分離膜が、隣接する前記正極板または前記負極板に対応する形状として設けられていることを特徴とする二次電池。
2. 複数個の前記単位電極体が、一方向へ相互積層されて位置することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。

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