KR100667946B1 - 이차전지와 그 케이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이스를 통해 방출되는 이차전지의 열 방출 특성을 개선할 수 있도록, 양극판, 음극판 및 이 양,음극판 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스의 측면에 형성되는 요철부를 포함하는 이차 전지를 제공한다.

케이스, 요철부, 굴곡부, 돌기, 열방출

Description

이차전지와 그 케이스{SECONDARY BATTERY AND CASE FOR THE SAME}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 각형 이차 전지와 그 케이스를 상세하게 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 각형 이차 전지와 그 케이스를 상세하게 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 또다른 실시예로 각형 이차 전지와 그 케이스를 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차 전지와 그 케이스를 상세하게 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지와 그 케이스를 상세하게 도시한 사시도이다.

도 6은 본 발명의 또다른 실시예로 원통형 이차 전지와 그 케이스를 도시한 사시도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 케이스의 구조를 개선 하여 방열 효과를 높일 수 있도록 된 이차 전지와 그 케이스에 관한 것이다.

이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 셀을 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 띠 상의 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 이를 와류 상으로 감은 전극군(또는 젤리롤)을 케이스에 내장 설치하고, 상기 케이스에 외부 단자가 형성된 캡 조립체를 설치하여 전지를 구성한다.

그리고, 상기 양, 음극판은 전지 작용시 발생되는 전류를 집전하기 위한 역할로서 도전성 리드 단자가 각기 부착되고, 이 도전성 리드 단자는 전극군에 용접 등으로 부착되어 각기 양, 음극판에 발생된 전류를 양, 음극 단자로 유도하게 된다.

이러한 이차 전지는 충방전시 발생하는 열을 케이스를 통해 외부로 방열시키게 되는 데, 이차 전지의 열 방출 특성은 전지의 성능을 좌우할 정도로 중요하다.

열 방출이 제대로 이루어지지 않는 경우 이차 전지에서 발생되는 열은 전지내부의 온도 상승을 초래하게 되고 결과적으로 전지의 성능이 저하되며 심한 경우 폭발의 위험을 초래하게 된다.

특히, 상기 이차 전지가 전동 청소기, 전동 스쿠터나 자동차용(전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차)의 모터 구동용의 대용량 이차 전지로서 적용되는 경우 대전류로 충방전되므로 사용 상태에 따라서 이차 전지의 내부 반응에 의해 열이 발생하여 상당한 온도까지 올라가게 되고, 이는 전지의 고유 특성에 영향을 주어 전지 고유의 성능을 저하시키게 된다. 따라서 열 방출은 무엇보다 중요하다 할 수 있다.

이에 본 발명은 상기한 실정을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 케이스를 통해 방출되는 이차전지의 열 방출 특성을 개선할 수 있도록 된 이차 전지를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 케이스의 구조를 개선하여 열 방출 면적을 극대화시킬 수 있도록 된 이차 전지를 제공함에 또다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명에서 제공하는 이차 전지는, 케이스의 표면에 표면적을 증대시킬 수 있도록 요철부가 형성된 구조로 되어 있다.

상기 요철부는 케이스 표면을 거칠게 가공함에 따라 불규칙적으로 형성되는 미세한 굴곡부으로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 케이스 표면의 거칠기 정도는 특별히 한정되지 않는다.

또한, 상기 요철부는 간격을 두고 규칙적으로 배열되는 미세한 돌기로 이루어질 수 있다.

여기서 상기 돌기는 원형 단면구조로 이루어질 수 있으며 한 방향으로 길게 연장된 형태 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

이에 따라 굴곡부나 돌기에 의해 늘어나는 표면적 만큼 케이스 전체의 표면적이 증대되어 열 방출량을 높일 수 있게 된다.

여기서 상기 이차 전지는 각형 또는 원통형으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 요철부를 이루는 굴곡부 또는 돌기는 케이스에 일체로 형성될 수 있으며, 케이스 표면에 별도의 재질로 이루어진 굴곡부 또는 돌기가 부착되어 설치될 수 있다.

상기 케이스 표면에 굴곡부 또는 돌기가 별도로 부착설치되는 경우 상기 굴곡부와 돌기는 케이스와 동일한 재질로 이루어지거나 케이스보다 열 전도율이 우수한 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 굴곡부 또는 돌기는 케이스의 전면에 걸쳐 형성됨이 바람직하다.

여기서 상기 이차 전지는 HEV(하이브리드 전기 자동차), EV(전기 자동차), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 각형 이차 전지와 그 케이스를 상세하게 도시한 사시도이다. 이를 참조해서 본 실시예의 이차 전지를 설명하면 다음과 같다.

본 실시예의 이차 전지(10)는 세로(도면의 X 축 방향)로 긴 육면체 형상을 가지며 표면에는 거칠게 가공되어 미세한 굴곡부(21)가 형성된 케이스(11)에, 절연 물질인 격리판을 사이에 두고 양극판 및 음극판을 권취해서 형성한 각형의 전극군을 삽입하고, 케이스(11)의 개방된 부분을 캡 플레이트(30)로 밀봉한 형태로 이루어진다.

일 예로, 상기 전극군(미도시)은 양극판과 음극판 사이에 격리판을 순차적으로 개재하고, 이를 횡권축을 중심으로 말아서 젤리롤 형태로 형성한 다음에, 이를 프레스와 같은 가압 수단으로 프레싱해서 각형으로 형성하게 되며, 이에 대해서는 당업자 수준에서 이미 많은 기술이 개시되어 있으므로 이하 설명을 생략하도록 한다.

이처럼 형성된 전극군의 양극판 및 음극판은 상기 캡 플레이트(30)에 설치된 전극 단자(31,32)와 각각 전기적으로 연결되어 있다.

그리고, 캡 플레이트(30)는 상기 케이스(11)의 개구부(11a)에 대응되는 크기와 형상으로 제조되며, 양, 음극용 전극 단자(31,32)가 돌출된 상태로 고정된다.

상기 양, 음극용 전극 단자(31,32)는 캡 플레이트(30)에 형성된 홈(미도시)을 통해서 상기 케이스(11)의 외부로 돌출되게 각각 고정되어 있다.

이에 추가해서, 상기 캡 플레이트(30)는 설정된 압력에서 파손되어 가스를 방출하는 것으로 전지의 폭발을 방지하는 벤트부(40)를 더 포함할 수도 있다.

그리고, 케이스(11)은 알루미늄이나 알루미늄 합금, 니켈이 도금된 스틸 등과 같은 도전성 금속재, 또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 테프론과 같은 고분자의 절연 물질로 이루어지는데, 그 형상은 각형의 전극군이 삽입 안착될 수 있는 개구부(11a)가 형성된 육면체 형상으로 이루어진다.

그리고, 본 실시예에 따른 케이스(11)에 대해 살펴보면, 상기 도 1에 도시된 바와 같이 표면에 연속적으로 소정의 거칠기로 가공된 굴곡부(21)가 형성되어 외기와 접하는 케이스(11)의 표면적을 증대시키는 구조로 되어 있다.

이하 설명에서 상기 굴곡부(21)는 표면이 울퉁불퉁하게 가공되어 요부와 철부가 불규칙적인 크기와 형태로 형성된 것을 의미하는 것으로 정의한다.

상기 케이스(11) 표면을 거칠게 가공하기 위해서는 예컨대 금속의 표면처리공정을 통해 가능하며 본 실시예에서 굴곡부(21)의 거칠기 정도는 특별히 한정되 않는다.

이에 따라 케이스(11)의 표면적이 굴곡부(21)에 의해 증대되어 케이스(11)는 대기와의 접촉면적이 확대되어 전극군으로부터 발생된 열을 대기중으로 보다 효율적으로 방열시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 2는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다.

상기한 도면에 의하면 이차 전지(10)는 육면체 형상을 가지며 표면에는 일방향으로 길게 형성된 미세한 돌기(22)가 간격을 두고 규칙적으로 배열 형성된 케이스(11)에, 절연 물질인 격리판을 사이에 두고 양극판 및 음극판을 권취해서 형성한 각형의 전극군을 삽입하고, 케이스(11)의 개방된 부분을 캡 플레이트(30)로 밀봉한 형태로 이루어진다.

즉, 상기 케이스(11)는 외기와 접하는 표면적을 증대시키기 위하여 표면에 미세한 돌기(22)가 규칙적으로 배열 형성되며, 상기 돌기(22)는 전지의 수직방향 또는 수평방향으로 길게 연장되고 중앙부가 돌출된 삼각단면형태로 이루어진다.

여기서 상기 돌기(22)는 이에 한정되지 않으며 도 3에 도시된 바와 같이 원기둥형태로 이루어질 수 있다.

도 3은 원형 단면구조를 갖는 돌기(23)가 케이스(11)의 표면에 간격을 두고 규칙적으로 돌출 형성된 상태를 잘 예시하고 있다.

상기 돌기(22,23)의 구조에 대해서는 상기한 구조이외에 사각단면형태나 사다리꼴 단면형태 등 다양한 형태로 이루어질 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.

한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예로서 원통형 이차 전지(50)와 그 케이스(51)를 상세하게 도시한 사시도를 예시하고 있다.

상기한 도면에 의하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(50)는 양극판과 음극판이 세퍼레이터을 사이에 두고 적층되어 원통형태로 감긴 전극군(미도시됨)과, 전해액과 함께 전극군을 수용할 수 있도록 일측 선단이 개방되고 외표면에는 거칠게 가공되어 미세한 굴곡부(71)가 형성된 원통형태의 케이스(51), 가스켓을 매개로 상기 케이스(51)의 개구부 상단에 설치되고 케이스(51)를 밀봉하는 캡 조립체(60)와, 상기 전극군의 양극판 집전체와 전기적으로 연결되어 상기 캡 조립체 외측으로 돌출설치되는 외부단자(61)를 포함한다.

여기서 상기 케이스(51)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작되고, 그 형상은 전극군이 위치하는 내부 공간부를 가진 원통형으로 이루어지며, 전면에 걸쳐 상기 굴곡부(71)가 형성된다.

상기 굴곡부(71)에 대해서는 케이스(51)의 구조와 더불어 뒤에 자세히 설명하도록 한다.

상기 캡 조립체(60)는 외부 단자(61)를 갖는 캡 플레이트와, 케이스(51)와 캡 플레이트를 절연시키는 가스켓을 포함하며, 설정된 압력 조건에서 파손되어 가스를 방출함으로써 전지의 폭발을 방지하는 밴트 플레이트를 더욱 포함할 수 있다.

그리고 상기 케이스(51)의 표면에 소정의 거칠기로 가공되는 상기 굴곡부(71)는 케이스(51) 표면에서 울퉁불퉁하게 형성된 요부와 철부가 그 크기와 형태에 있어서 불규칙적으로 형성된 구조로 외기와 접하는 케이스(51)의 표면적을 증대시키는 구조로 되어 있다.

상기 케이스(51) 표면을 거칠게 가공하기 위해서는 예컨대 금속의 표면처리공정을 통해 가능하며 본 실시예에서 굴곡부(71)의 거칠기 정도는 특별히 한정되 않는다.

이에 따라 케이스(51)의 표면적이 굴곡부(71)에 의해 증대되어 케이스(51)는 대기와의 접촉면적이 확대되어 전극군으로부터 발생된 열을 대기중으로 보다 효율적으로 방열시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 5와 도 6은 본 원통형 이차전지(50)에 있어서 상기 케이스(51)의 또다른 실시예를 도시하고 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 상기 케이스(51)는 원통형으로 이루어지며 표면에는 일방향으로 길게 형성된 미세한 돌기(72)가 간격을 두고 규칙적으로 배열 형성된 구조로 되어 있다.

즉, 상기 케이스(51)는 외기와 접하는 표면적을 증대시키기 위하여 표면에 미세한 돌기(72)가 규칙적으로 배열 형성되며, 상기 돌기(72)는 전지의 수직방향 또는 수평방향으로 길게 연장되고 중앙부가 돌출된 삼각단면형태로 이루어진다.

여기서 상기 돌기(72)는 이에 한정되지 않으며 도 6에 도시된 바와 같이 원기둥형태로 이루어질 수 있다.

도 6은 원형 단면구조를 갖는 돌기(73)가 원통형 케이스(51)의 표면에 간격을 두고 규칙적으로 돌출 형성된 상태를 잘 예시하고 있다.

상기 돌기(72,73)의 구조에 대해서는 상기한 구조이외에 사각단면형태나 사다리꼴 단면형태 등 다양한 형태로 이루어질 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 이차 전지의 방열 면적을 극대화시켜 방열 특성을 개선할 수 있고 열을 신속하게 방열시킬 수 있게 된다.

이에 따라 전지의 신뢰성을 높이고 전지의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.

Claims (21)

1. 양극판, 음극판 및 이 양,음극판 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군;

   상기 전극군이 내장되는 케이스;

   상기 케이스의 외측면에 불규칙하게 가공된 미세 요철부

   를 포함하는 이차 전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 요철부는 상기 케이스 표면을 금속 표면 처리하여 형성되는 미세 굴곡부로 이루어지는 이차 전지.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 요철부는 상기 케이스 표면에 형성되는 다수의 미세 돌기로 이루어지는 이차 전지.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 요철부는 상기 케이스 외측면 전체에 형성되는 이차 전지.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스는 각형인 이차 전지.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스는 원통형인 이차 전지.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 돌기는 원형 단면구조로 이루어지는 이차 전지.
8. 제 3 항에 있어서, 상기 돌기는 중앙부가 돌출된 삼각단면구조로 이루어지는 이차 전지.
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서, 상기 요철부는 상기 케이스와 일체로 형성되는 이차 전지.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 이차 전지는 모터 구동용인 이차 전지.
12. 내부에 양극판, 음극판 및 이 양,음극판 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군이 내장되는 공간부가 형성되고 외표면에는 불규칙하게 가공되어 표면적을 증대시키기 위한 미세 요철부가 형성된 이차전지의 케이스.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 요철부는 상기 케이스 표면을 금속 표면 처리하여 형성되는 미세 굴곡부로 이루어지는 이차전지의 케이스.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 요철부는 상기 케이스 표면에 형성되는 다수의 미세 돌기로 이루어지는 이차전지의 케이스.
15. 제 12 항에 있어서, 상기 요철부는 상기 케이스 외측면 전체에 형성되는 이차전지의 케이스.
16. 제 12 항에 있어서, 상기 케이스는 각형인 이차전지의 케이스.
17. 제 12 항에 있어서, 상기 케이스는 원통형인 이차전지의 케이스.
18. 제 14 항에 있어서, 상기 돌기는 원형 단면구조로 이루어지는 이차전지의 케이스.
19. 제 14 항에 있어서, 상기 돌기는 중앙부가 돌출된 삼각단면구조로 이루어지는 이차전지의 케이스.
20. 삭제
21. 제 12 항에 있어서, 상기 요철부는 상기 케이스와 일체로 형성되는 이차전지의 케이스.

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