KR20100044404A

KR20100044404A - 안전성이 향상된 전지케이스로 구성된 이차전지

Info

Publication number: KR20100044404A
Application number: KR1020080103526A
Authority: KR
Inventors: 이길영; 김동명; 이진수; 박만수; 김진
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2010-04-30
Also published as: KR101128665B1

Abstract

본 발명은 금속 소재의 각형 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 이차전지로서, 탑 캡과 용접되는 케이스 개구부에 케이스 측벽보다 두께가 두꺼운 단차('개구부 단차')가 개구부의 내주면을 따라 내측 방향으로 돌출되어 있고, 상기 개구부 단차를 제외하고 케이스의 측벽 내면들 중 적어도 하나의 측벽 내면에는, 스트립 형상의 돌기부('내면 돌기부')가 상하방향으로 형성되어 있는 구조로 이루어진 이차전지를 제공한다.

Description

안전성이 향상된 전지케이스로 구성된 이차전지 {Secondary Battery Comprising Battery Case of Improved Safety}

본 발명은 안전성이 향상된 전지케이스로 구성된 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 금속 소재의 각형 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 이차전지로서, 탑 캡과 용접되는 케이스 개구부에 케이스 측벽보다 두께가 두꺼운 단차('개구부 단차')가 개구부의 내주면을 따라 내측 방향으로 돌출되어 있고, 상기 개구부 단차를 제외하고 케이스의 측벽 내면들 중 적어도 하나의 측벽 내면에는, 스트립 형상의 돌기부('내면 돌기부')가 상하방향으로 형성되어 있는 구조로 이루어진 이차전지에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.

또한, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 폴딩형 전극조립체(젤리-롤)과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 전극조립체로 분류된다. 그 중, 젤리-롤은 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.

젤리-롤은 주로 원통형 전지와 각형 전지에 사용되는 바, 도 1에는 종래의 젤리-롤형 전극조립체를 포함하고 있는 각형 이차전지의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 전지케이스의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 각형 전지(50)는 젤리-롤(10)이 각형의 금속 케이스(20)에 내장되어 있고 케이스(20)의 개방 상단에 돌출형 전극단자(예를 들어, 음극단자: 32)가 형성되어 있는 탑 캡(30)이 결합되어 있는 구조로 이루어져 있다.

젤리-롤(10)의 음극은 음극 탭(12)을 통해 탑 캡(30) 상의 음극단자(32)의 하단에 전기적으로 연결되며, 그러한 음극단자(32)는 절연부재(34)에 의해 탑 캡(30)으로부터 절연되어 있다. 반면에, 젤리-롤(10)의 또 다른 전극(예를 들어, 양극)은 그것의 양극 탭(14)이 알루미늄, 스테인리스 스틸 등과 같은 도전성 소재 로 되어 있는 탑 캡(30)에 전기적으로 연결되어 그 자체로서 양극단자를 형성한다.

또한, 전극 탭들(12, 14)을 제외하고 젤리-롤(10)과 탑 캡(30)의 전기적 절연 상태를 보장하기 위하여, 각형 케이스(20)와 젤리-롤(10) 사이에 시트형 절연부재(40)를 삽입한 뒤, 탑 캡(30)을 장착하고, 탑 캡(30)과 케이스(20)의 접촉면을 따라서 용접으로 이들을 결합시킨다. 그런 다음, 전해액 주입구(43)를 통해 전해액을 주입한 후 금속 볼(도시하지 않음)을 용접하여 밀봉하고, 에폭시 수지 등으로 용접 부위를 도포함으로써 전지가 완성된다.

한편, 이러한 구조의 이차전지 케이스는 일반적으로 다단계 딥 드로잉 공정에 의해 제작되며, 도 2와 같이 각형 케이스(20) 측벽은 각각의 면에서 동일한 두께(A=A')로 성형된다.

그러나, 최근 이차전지의 박형 및 경량화에 따라 전지케이스 측벽 두께도 얇게 제작되는 환경에서, 전지케이스와 상부 탑 캡의 용접시 얇은 측벽 두께로 인해 소망하는 용접 강도와 품질을 얻을 수 없으며, 외부 충격의 인가 또는 전지 내부의 비정상적인 작동으로 인해 내압이 증가하는 경우 전지케이스와 탑 캡이 분리되어 안전성을 크게 위협할 수 있다. 또한, 실링을 안정적으로 하기 위하여 전지케이스의 측벽의 두께를 두껍게 제작할 경우, 동일 체적 대비 전지 용량 측면에서 불리하게 작용한다.

이와 관련하여 일본 특허출원공개 제2000-030673호 및 제2001-307686호는 전지의 에너지 밀도 향상 및 경량화를 위해, 전지케이스에서 탑 캡과 용접되는 개구부를 제외한 나머지 부위의 측벽 두께를 얇게 형성하는 구조의 기술들을 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술들은 개구부를 제외한 나머지 부위의 측벽 두께가 얇게 형성되어 있으므로, 외부 충격에 대해 측벽이 변형되기 쉽고, 또한, 전지 내부의 이상 발생시 전지케이스가 쉽게 스웰링되는 문제점이 있다. 더욱이, 젤리-롤은 충방전을 반복함에 따라 뒤틀리는 경향이 있으므로(트위스트 현상), 구조적 강성이 약한 전지케이스는 그러한 트위스트 현상에 따라 쉽게 변형될 수 있다.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 이차전지의 전지케이스에 대한 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 각형 전지케이스 개구부에 케이스 측벽보다 두께가 두꺼운 단차를 개구부의 내주면을 따라 내측 방향으로 돌출시키고, 케이스의 측벽 내면들 중 적어도 하나의 측벽 내면에 스트립 형상의 돌기부를 상하방향으로 형성시킨 경우, 전지의 에너지 밀도를 높이면서 외력에 대한 구조적 안정성을 향상시킬 수 있고, 전지케이스와 탑 캡의 용접시, 우수한 용접성 및 강도를 확보할 수 있는 등, 전지의 용량 및 안전성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명에 따른 이차전지는, 금속 소재의 각형 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 이차전지로서, 탑 캡과 용접되는 케이스 개구부에 케이스 측벽보다 두께가 두꺼운 단차('개구부 단차')가 개구부의 내주면을 따라 내측 방향으로 돌출되어 있고, 상기 개구부 단차를 제외하고 케이스의 측벽 내면들 중 적어도 하나의 측벽 내면에는, 스트립 형상의 돌기부('내면 돌기부')가 상하방향으로 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다.

즉, 본 발명에 따른 이차전지는, 전지케이스의 개구부에 개구부 단차가 형성되어 있으므로, 케이스 측벽의 다른 부위에 비해 개구부의 두께가 상대적으로 두꺼워, 전지의 조립 과정에서 전지케이스와 탑 캡의 용접시 우수한 용접성을 확보할 수 있고, 그에 따라 외부 충격 또는 전지 내부의 비정상적인 작동으로 인해 전지케이스와 탑 캡이 분리되는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 케이스의 측벽 내면에 스트립 형상의 내면 돌기부를 상하방향으로 형성함으로써, 전지케이스의 강성을 향상시킬 수 있고, 상기 개구부 단차와 내면 돌기부로 인해 전지케이스 측벽의 두께를 더욱 얇게 제작하는 것이 가능하게 되어 전지 용량을 증가시킬 수 있다.

더욱이, 상기 내면 돌기부는 전극조립체를 전지케이스 내의 정위치에 고정시키는 작용도 하므로, 외부 충격, 진동 등과 같은 외력의 인가시, 전극조립체가 케이스 내부에서 움직임으로 인해, 탑 캡에 용접되어 있는 전극조립체의 전극 탭이 파열되는 현상을 방지할 수 있다.

이차전지는 충방전 사이클 수가 증가함에 따라 전해액이 고갈되면서 전지의 수명이 짧아지는 경향이 있다. 이러한 점을 고려할 때, 본 발명의 전지는 내면 돌기부들 사이의 공간에 더욱 많은 전해액을 내장할 수 있으므로 전지의 수명을 연장시키는 효과도 있다.

상기 개구부 단차는 용접시 탑 캡과 직접 접하는 케이스 개구부의 단부와 그 인근 부위에서 내측 방향으로 돌출되는 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 케이스 개구부의 단부로부터 소정의 너비로 돌출형의 단차가 형성된 구조를 이룰 수 있다.

이러한 개구부 단차의 돌출 높이가 너무 작으면, 탑 캡과의 우수한 용접성을 제공하기 어렵고, 반대로 너무 크면 개구부 단차로 인해 전극조립체의 수납을 방해할 수 있으며, 케이스의 내부 공간이 감소하므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 개구부 단차의 돌출 높이(두께)는 케이스의 소재 등에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게는, 케이스 두께(개구부 단차와 내면 돌기부가 형성되어 있는 않은 케이스 부위의 두께)를 기준으로 50 내지 200%의 크기로 이루어질 수 있다.

구체적으로, 상기 케이스 두께는 0.05 내지 0.20 mm이고 개구부 단차 두께는 상기 두께 범위 내에서 0.25 내지 0.50 mm로 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 케이스 두께는 0.15 mm 이고, 개구부 단차 두께는 0.2 mm로 형성될 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 케이스 측벽의 내면 돌기부는 전극조립체를 고정하기 용이한 다양한 위치에서 형성될 수 있으며, 예를 들어, 장변의 폭을 가지는 측벽의 내면, 및/또는 단변의 폭을 가지는 측벽의 내면에 형성될 수 있다. 즉, 상기 내면 돌기부는 케이스 측벽의 내면 장변에 형성되거나 측벽의 내면 단변에 형성될 수 있고, 또한, 상기 장변과 단변에 모두 형성될 수 있음은 물론이다.

상기 구조에서, 내면 돌기부는 전극조립체를 정위치에 용이하게 고정할 수 있도록, 장변 측벽의 내면 또는 단변 측벽의 내면에 서로 대향하는 위치에 각각 형성될 수 있다.

일반적으로, 전극조립체는 충방전이 진행됨에 따라 부피가 서서히 증가하여 정위치를 이탈하는 현상이 발생하므로, 상기와 같이 내면 돌기부들이 전지케이스의 측벽 내면에 서로 대향하는 위치에 형성된 구조는 전극조립체의 부피가 증가하더라도 전극조립체를 안정적으로 고정할 수 있다.

한편, 상기 내면 돌기부의 돌출 높이는 상기 개구부 단차의 두께 또는 케이스의 측벽 두께 등에 따라 달라질 수 있으며, 내면 돌기부의 돌출 높이가 개구부 단차의 두께보다 크면, 개구부를 통하여 전극조립체가 수납되면서 내면 돌기부의 돌출된 상단에 의해 파손될 수 있고, 전지케이스에 수납되는 전극조립체의 크기가 작아지게 되므로 바람직하지 않다. 이와는 반대로, 내면 돌기부의 돌출 높이가 너무 작으면 돌기부 형성에 따른 강성 증진의 효과가 미흡하게 되므로 또한 바람직하지 않다.

따라서, 상기 내면 돌기부의 돌출 높이(두께)는 상기 개구부 단차의 두께와 동일하거나 그보다 작은 범위 내에서, 케이스 두께를 기준으로 30 내지 150%의 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 구조에서, 예를 들어, 내면 돌기부의 돌출 폭은 0.2 내지 3 mm이고, 높이는 0.2 내지 0.4 mm로 형성될 수 있다.

또한, 상기 내면 돌기부는 소망하는 수준의 강성을 전지케이스에 제공할 수 있도록, 개구부 단차에 인접한 부위에서 시작하여 케이스 내면 하단까지 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 구조의 내면 돌기부는 측면 방향으로의 외력 또는 내압 등에 의해 전지케이스가 변형되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 전지케이스의 소재는 외부충격에 대한 강성과 내식성을 가지는 금속 소재라면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 니켈 도금 연강 등의 금속 소재가 사용될 수 있다.

상기 전극조립체로는 양극, 음극 및 그 사이에 개재된 분리막이 권취되어 있는 전극조립체, 즉, 젤리-롤형(jelly-roll type) 전극조립체가 바람직하게 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이차전지는 젤리-롤형 전극조립체를 압축하여 각형의 전지케이스에 수납하여 제조되는 각형 전지의 형태로 바람직하게 제조될 수 있다.

경우에 따라서는, 상기 전지케이스 외면에는 외부 충격으로부터 전지를 보호하고, 전기적 절연상태를 유지하는 외장 필름이 추가로 부착될 수 있다.

상기 외장 필름은 금속 케이스를 외부 환경으로부터 전기적으로 절연시키는 일종의 절연재로서의 역할과, 이차전지의 제품 정보를 표시하는 라벨로서의 역할을 수행한다.

상기 외장 필름의 소재는 우수한 인장성, 내구성 및 절연성을 가지는 소재라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polydethylene terephthalate; PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polydbuthylene terephthalate; PBT), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polydethylene naphthalate; PEN)등의 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌 등의 폴리스티렌계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지 등이 사용될 수 있다. 이러한 소재는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그 중에서 우수한 강도 및 인성을 가진 폴리 PET가 바람직하게 쓰일 수 있다.

이러한 외장 필름은, 바람직하게는, 연신 처리가 행해진 열수축성 필름으로 구성될 수 있다. 상기 열수축성 필름은 일축 연신 또는 이축 연신으로 형성될 수 있으며, 이러한 연신 처리에 의해 필름 기재는 연신 방향으로 배향성 및 큰 열 수축성을 가진다. 따라서 필름이 전지케이스의 둘레에 감겼을 때, 전지의 둘레 방향으로 큰 수축에 의해 높은 밀착성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 열수축성 필름을 소재로 사용한 튜브 형태의 외장 필름을 제조하여, 전지케이스의 둘레를 감싼 후 소정의 열을 가하여 밀착시키는 방법으로 전지케이스에 외장 필름을 부착시킬 수 있다.

본 발명은, 또한 상기 이차전지의 전지케이스를 제조하는 방법으로서,

(a) 소정 두께의 금속 판재를 딥 드로잉을 위한 다이 상에 위치시키는 단계;

(b) 외면에 상기 내면 돌기부에 대응하는 형상이 각인되어 있는 펀치를 사용하여 상기 다이 상의 금속 판재를 가압하여 소성 변형시키는 단계;

(c) 개구부 단차에 대응하는 외면 돌출부가 만들어지는 시점에서 딥 드로잉을 멈추어, 상기 내면 돌기부가 형성된 가공 중간체를 제조하는 단계;

(d) 상기 가공 중간체를 다이로부터 취출하는 단계;

(e) 상기 가공 중간체의 외면 돌출부를 케이스의 표면과 동일한 형태로 프레싱하여 개구부 단차를 형성하는 단계;

를 포함하는 전지케이스 제조방법을 제공한다.

따라서, 상기 개구부 단차는 먼저 외면 돌출부를 형성한 후 이를 케이스의 내부방향으로 프레싱하여 형성될 수 있고, 내면 돌기부는 스트립 형상이 음각되어 있는 펀치와 다이를 사용하여 용이하게 달성될 수 있다.

또한, 외면 돌출부는, 일반적으로 금속 판재를 딥-드로잉하여 각형 전지케이스를 제조하는 과정에서, 케이스 개구부에 도달하기 직전에 딥-드로잉 공정을 멈춤으로써 용이하게 달성할 수 있다. 따라서, 외면 돌출부의 돌출 높이는 딥-드로잉 전의 금속 판재 두께에 의해 결정되고, 외면 돌출부의 돌출 폭은 딥-드로잉 공정을 멈춘 시점에서 개구부로부터의 거리에 의해 결정된다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 제조방법은 강도가 향상된 전지케이스를 종래의 제조 공정에서 펀치와 다이의 형상만 변경한 상태에서 그대로 적용될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것으로 한정되는 것은 아니다.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지케이스를 포함하고 있는 각형 이차전지의 부분 투시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 B 부위에 대한 전지케이스의 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 전지셀(100)은 각형 금속 캔(110)의 내부에 젤리-롤(도시하지 않음)을 수납한 후 탑 캡(120)을 덮어 경계면을 레이저 용접하여 결합시키고, 탑 캡(120) 상에 형성되어 있는 전해액 주입구(130)를 통해 전해액을 주입한 뒤 밀봉하여 제조된다.

젤리-롤 중 하나의 전극(예를 들어, 음극)은 탑 캡(120)의 중앙에 형성되어 있는 돌출단자(140)에 연결되고, 나머지 전극(예를 들어, 양극)은 금속 캔(110) 또는 탑 캡(120) 자체에 연결된다. 돌출단자(140)는 탑 캡(120)에 대해 절연되어 있다.

전지케이스(110)의 개구부(112)에 인접한 측벽(114) 상에는 내측 방향으로 돌출된 개구부 단차(150)가 형성되어 있고, 개구부 단차(150)의 두께(D)는 0. 2 mm로서 측벽(114)의 다른 부위의 두께(E)인 0.15 mm에 비하여 두껍게 형성되어 있다. 따라서, 개구부 단차(150)가 형성되어 있는 측벽(114)은 다른 측벽 부위보다 두꺼우므로, 탑 캡(120)과의 용접시 우수한 용접 강도 및 밀봉성을 확보하게 된다.

또한, 전지케이스(110)의 측벽(114) 내면에는 스트립 형상의 내면 돌기부(160)가 개구부 단차(150)에 인접한 부위에서 시작하여 케이스(110)의 내면 하단까지 형성되어 있어서, 케이스(110)의 강성을 향상시키게 된다.

도 5에는 도 3의 C-C'부위에 대한 전지케이스의 수평 단면 모식도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 전지케이스에 젤리-롤을 수납한 구조의 모식도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 한 쌍의 내면 돌기부(160)가 단변의 폭을 가지는 측 벽(113)의 내면에 서로 대향하면서 케이스(110) 측벽의 두께(E)를 기준으로 대략 120%의 높이(F)로 형성되어 있다. 따라서, 전지케이스(110) 내에 수납된 젤리-롤(200)의 양측 단부가 내면 돌기부(160)의 단부와 접촉되며 고정됨으로써, 전지케이스(110)에 외력이 인가되더라도 젤리-롤(200)이 전지케이스(110) 내에서 유동하는 것을 방지한다.

또한, 상기 구조에서 내면 돌기부(160)는 두께(F)가 0.18 mm이고 폭(G)은 0.8 mm로 형성되어 있다.

도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지케이스의 수평 단면모식도가 도시되어 있고, 도 8에는 도 7의 전지케이스에 젤리-롤을 수납한 구조의 모식도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 내면 돌기부들(160, 162) 중 두 쌍의 내면 돌기부들(162)은 전지케이스(110')의 장변 측벽(111)의 내면에 서로 대향하면서 전지케이스(110')의 내부 방향으로 돌출되어 있고, 한 쌍의 내면 돌기부들(160)은 전지케이스(110')의 단변 측벽(113)의 내면에 상호 대향하면서 전지케이스(110')의 내부 방향으로 돌출되어 있다.

이러한 구조는 도 5 및 도 6의 전지케이스(110) 구조보다 외력으로부터의 강성 유지가 용이하고 젤리-롤(200)을 보다 안정적으로 고정할 수 있으나, 전극조립체(200)에 주입되는 전해액 함침량이 감소될 수 있으므로 필요에 따라 선택적으로 사용되는 것이 바람직하다.

도 9 내지 11에는 도 3의 전지케이스를 제조하는 과정의 모식도들이 도시되 어 있고, 도 12에는 도 9의 펀치의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 도 4와 함께 참조하면, 전지케이스(110)는 소정의 두께를 가진 금속 판재(310)를 다이(330)의 상단면에 위치시키고, 펀치(320)로 가압하여 인장시키는 딥 드로잉 공정에 의해 만들어진다.

전지케이스(110)의 측벽(114) 두께는 금속판재(310)의 연신율에 따라 결정되며, 개구부 단차(150)에 대응하는 외면 돌출부(360)가 만들어지는 시점에서 펀치(320)의 하향 가압력을 제거하여, 내면 돌기부(160) 및 외면 돌출부(360)가 형성된 가공 중간체(312)를 제조한다. 외면 돌출부(360)의 두께는 금속 판재(310)의 두께에 대응하고, 외면 돌출부(360)의 폭은 딥 드로잉 공정이 멈춘 위치에서 전지케이스(110)의 개구부로부터의 거리에 의해 결정된다.

도 12를 참조하면, 펀치(320)의 측벽(322)에는 상하로 길고 오목한 구조의 스트립 홈(324)이 음각으로 형성되어 있어서, 딥 드로잉시 내면 돌기부(160)를 전지케이스(110)의 측벽 내면에 스트립 형상으로 형성하게 된다.

다시, 도 9의 가공 중간체(312)를 다이(330)에서 취출한 다음, 도 10 및 도 11에서와 같이 가공 중간체(312)의 외면 돌출부(360)를 내측 방향으로 프레싱하여 개구부 단차(150)를 형성함으로써 각형 전지케이스를 제조하게 된다.

도 13에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 각형 전지팩의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 13을 참조하면, 각형 전지팩(1000)은, 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스 내부에 밀봉되어 있는 전지셀(100), 과충전 등의 비정상인 상태를 효과적으 로 제어하는 PCM 어셈블리(400), 상부에 PCM 어셈블리(400)가 탑재되며 전지셀(100)의 상단면(102)에 장착되는 절연성 장착부재(500), PCM 어셈블리(400)가 탑재된 상태에서 절연성 장착부재(500)를 감싸면서 전지셀(100)의 상단면(102)과 결합되는 절연성 상단 캡(600), 전지셀(100)의 하단부에 결합되는 절연성 하단 캡(610), 및 전지셀(100) 케이스의 외면을 감싸며 부착되는 외장 필름(700)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.

전지셀(100)의 상단면(102)에는 전지셀(100)의 케이스와 절연된 상태에서 상부로 돌출된 음극 단자(104)가 형성되어 있고, 음극 단자(104)를 제외한 부위는 양극 단자로 사용된다. 전지셀(100)의 상단면(102) 일측에는 금속 볼 및 고분자 수지 등에 의해 밀봉된 전해액 주입부(106)가 평면상 원형 형상으로 돌출되어 있다.

절연성 상단 캡(600)은 PCM 어셈블리(400)가 탑재된 상태에서 절연성 장착부재(500)를 감싸면서 전지셀(100)의 상단부에 결합되며, 전지셀(100)의 상단부 외측면을 감쌀 수 있도록 소정의 길이로 하향 연장되어 있고, 상단면 일측에는 A/S 라벨(602)이 부착되어 있다.

전지셀(100) 케이스의 외면에는 외부와 전기적 절연상태를 확보하고 제품의 정보를 표시하는 외장 필름(700)이 부착되어 있다. 열수축성 소재로 이루어진 외장 필름(700)은 튜브 형태로 제조되어 전지셀(100)을 감싼 후 열을 가하여 전지셀(100) 케이스 표면에 수축되면서 밀착되는 구조로 부착된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는, 전지케이스의 내면에 개구부 단차 및 내면 돌기부를 형성함으로써, 외력에 대한 구조적 안정성을 향상시키고 전지의 에너지밀도를 높일 수 있으며, 전지케이스와 탑 캡의 용접시, 우수한 용접성 및 강도를 확보할 수 있는 등, 전지의 용량 및 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

도 1은 종래의 젤리-롤을 포함하고 있는 각형 이차전지의 분해 사시도이다;

도 2는 도 1의 전지케이스의 수직 단면도이다;

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지케이스를 포함하고 있는 각형 이차전지의 부분 투시도이다;

도 4는 도 3의 B 부위에 대한 전지케이스의 수직 단면 모식도이다;

도 5는 도 3의 C-C'부위에 대한 전지케이스의 수평 단면 모식도이다;

도 6은 도 5의 전지케이스에 젤리-롤을 수납한 구조의 모식도이다;

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지케이스의 수평 단면 모식도이다;

도 8은 도 7의 전지케이스에 젤리--을 수납한 구조의 모식도이다;

도 9 내지 11은 도 3의 전지케이스를 제조하는 과정의 모식도들이다;

도 12는 도 9의 펀치의 사시도이다;

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 각형 전지팩의 분해 사시도이다.

Claims

금속 소재의 각형 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 이차전지로서,

탑 캡과 용접되는 케이스 개구부에 케이스 측벽보다 두께가 두꺼운 단차('개구부 단차')가 개구부의 내주면을 따라 내측 방향으로 돌출되어 있고;

상기 개구부 단차를 제외하고 케이스의 측벽 내면들 중 적어도 하나의 측벽 내면에는, 스트립 형상의 돌기부('내면 돌기부')가 상하방향으로 형성되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 개구부 단차의 돌출 높이(두께)는 케이스 두께를 기준으로 50 내지 200%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 2 항에 있어서, 상기 케이스 두께는 0.05 내지 0.20 mm이고 개구부 단차 두께는 상기 두께 범위 내에서 0.25 내지 0.50 mm인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 내면 돌기부는 장변의 폭을 가지는 측벽의 내면, 및/또는 단변의 폭을 가지는 측벽의 내면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 4 항에 있어서, 상기 내면 돌기부는 장변 측벽의 내면 또는 단변 측벽의 내면에 서로 대향하는 위치에 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 내면 돌기부의 돌출 높이(두께)는, 상기 개구부 단차의 두께와 동일하거나 그보다 작은 범위에서, 케이스 두께를 기준으로 30 내지 150%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 6 항에 있어서, 상기 내면 돌기부의 돌출 폭은 0.2 내지 3 mm이고, 두께는 0.2 내지 0.4 mm인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 내면 돌기부는 개구부 단차에 인접한 부위에서 시작하여 케이스 내면 하단까지 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스의 소재는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 또는 니켈 도금 연강인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 젤리-롤형(jelly-roll type) 전극조립체인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스 외면에는 외부 환경으로부터 전기적 절연상태를 유지하고 제품의 정보를 표시하는 외장 필름이 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 11 항에 있어서, 상기 외장 필름은 열수축성 필름을 소재로 사용한 튜브 형태의 외장 필름으로서, 전지케이스의 둘레를 감싼 후 소정의 열을 가하여 밀착시키는 방법으로 전지케이스에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 1 항에 따른 이차전지의 전지케이스를 제조하는 방법으로서,

(a) 소정 두께의 금속 판재를 딥 드로잉을 위한 다이 상에 위치시키는 단계;

(b) 외면에 상기 내면 돌기부에 대응하는 형상이 각인되어 있는 펀치를 사용하여 상기 다이 상의 금속 판재를 가압하여 소성 변형시키는 단계;

(c) 개구부 단차에 대응하는 외면 돌출부가 만들어지는 시점에서 딥 드로잉을 멈추어, 상기 내면 돌기부가 형성된 가공 중간체를 제조하는 단계;

(d) 상기 가공 중간체를 다이로부터 취출하는 단계;

(e) 상기 가공 중간체의 외면 돌출부를 케이스의 표면과 동일한 형태로 프레싱하여 개구부 단차를 형성하는 단계;를 포함하는 것으로 구성되어 있는 전지케이스 제조방법.