KR20140065950A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20140065950A
KR20140065950A KR1020120133064A KR20120133064A KR20140065950A KR 20140065950 A KR20140065950 A KR 20140065950A KR 1020120133064 A KR1020120133064 A KR 1020120133064A KR 20120133064 A KR20120133064 A KR 20120133064A KR 20140065950 A KR20140065950 A KR 20140065950A
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이재욱
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 구조 변경을 통하여 케이스의 강도를 향상시키는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 개구를 덮는 캡 플레이트, 및 상기 캡 플레이트의 단자홀에 설치되어 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 전극단자를 포함하며, 상기 케이스는, 서로 연결되어 일측에 상기 개구를 형성하는 측벽, 상기 개구의 반대측에서 이웃하는 측벽을 연결하여 밀폐하는 바닥, 및 상기 측벽의 모퉁이를 곡면으로 형성하고 상기 모퉁이의 두께를 증대한 보강부를 포함한다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 고강도 케이스를 가지는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 전기 자전거, 스쿠터, 전기자동차(Electric Vehicle) 및 지게차(fork lift) 등의 모터 구동용 전원으로 사용된다.
이차 전지는 세퍼레이터를 사이에 두고 양극과 음극을 적층하여 젤리롤 형태로 권취한 전극 조립체, 전극 조립체를 전해액과 함께 내부에 수용하는 케이스, 케이스의 상단 개구를 밀봉하는 캡 플레이트, 및 캡 플레이트에 설치되어 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 전극단자를 포함한다.
예를 들면, 케이스는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 원통 또는 각형으로 이루어질 수 있다. 케이스는 외력으로부터 전극 조립체를 보호하므로 높은 강도를 필요로 한다. 그러나 성형 방법의 제약으로 인하여 고강도 소재를 사용하기 어렵다.
본 발명의 일 실시예는 구조 변경을 통하여 케이스의 강도를 향상시키는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 개구를 덮는 캡 플레이트, 및 상기 캡 플레이트의 단자홀에 설치되어 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 전극단자를 포함하며, 상기 케이스는, 서로 연결되어 일측에 상기 개구를 형성하는 측벽, 상기 개구의 반대측에서 이웃하는 측벽을 연결하여 밀폐하는 바닥, 및 상기 측벽의 모퉁이를 곡면으로 형성하고 상기 모퉁이의 두께를 증대한 보강부를 포함한다.
상기 보강부는, 상기 모퉁이에 연결되는 측벽으로 더 연장될 수 있다.
상기 측벽은, 서로 마주하는 1쌍의 장 측벽, 및 상기 장 측벽의 양단을 서로 연결하여 서로 마주하는 1쌍의 단 측벽을 포함하며, 상기 보강부는, 상기 모퉁이에서 상기 단 측벽으로 더 이어질 수 있다.
상기 모퉁이 외면은 제1 곡률반경으로 형성되고, 상기 모퉁이 내면은 제2 곡률반경으로 형성되며, 상기 제1 곡률반경이 상기 제2 곡률반경보다 작을 수 있다.
상기 장 측벽은 제1 두께로 형성되고, 상기 단 측벽은 제2 두께로 형성되며, 상기 제1 두께가 상기 제2 두께보다 작을 수 있다.
상기 보강부는, 상기 모퉁이의 내면에 돌출되는 비드로 형성될 수 있다.
상기 보강부는, 상기 단 측벽으로 더 이어지며, 상기 모퉁이의 내면에 돌출되는 비드를 더 포함할 수 있다.
상기 측벽은, 서로 마주하는 1쌍의 장 측벽, 및 상기 장 측벽의 양단을 서로 연결하여 서로 마주하는 1쌍의 단 측벽을 포함하며, 상기 보강부는, 상기 모퉁이에서 상기 단 측벽으로 더 이어지고, 상기 단 측벽의 내면에 돌출되는 비드를 더 포함할 수 있다.
상기 케이스는, 상기 측벽과 상기 바닥을 이종 재질로 형성할 수 있다.
상기 케이스는 상기 바닥의 두께를 상기 측벽의 두께 보다 더 두껍게 형성할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 측벽의 모퉁이를 곡면으로 형성하고 모퉁이에 보강부를 구비하므로 케이스의 강도를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 케이스의 평면도이다.
도 4는 도 3의 케이스 모퉁이의 상세도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 케이스의 평면도이다.
도 6은 도 5의 케이스 모퉁이의 상세도이다.
도 7은 제3 실시예에 따른 케이스 모퉁이의 상세도이다.
도 8은 제4 실시예에 따른 케이스의 평면도이다.
도 9는 제5 실시예에 따른 케이스의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 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. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예의 이차 전지는 전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 전해액과 함께 수용하는 케이스(20), 케이스(20)의 상단 개구를 밀봉하는 캡 플레이트(30), 및 캡 플레이트(30)의 단자홀(31)에 설치되어 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결되는 전극단자(40)를 포함한다.
또한 제1 실시예의 이차 전지는 전극단자(40)를 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결하는 터미널 플레이트(50), 및 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(30)를 전기적으로 절연하는 절연 케이스(60)를 더 포함할 수 있다.
전극 조립체(10)는 케이스(20) 내부에 삽입되도록 각형 케이스(20)의 내부 공간에 대응하는 형상을 가진다. 케이스(20)는 개구를 통하여 전극 조립체(10)를 수용하며, 전극단자 역할을 할 수 있도록 도전체로 형성된다. 예를 들면, 케이스(20)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다.
전극 조립체(10)는 전기 절연재인 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 그 양면에 양극(11)과 음극(12)을 적층하여 젤리롤 형태로 권취하여 형성된다. 전극 조립체(10)는 양극(11)에 연결되는 양극 리드(14)와 음극(12)에 연결되는 음극 리드(15)를 구비한다.
양극 리드(14)는 캡 플레이트(30)의 하면에 용접으로 연결되며, 케이스(20)는 캡 플레이트(30)를 통하여 전극 조립체(10)의 양극(11)에 전기적으로 연결되어 양극단자로 작용한다.
음극 리드(15)는 전극단자(40)의 일단에 연결되는 터미널 플레이트(50)의 하면에 용접으로 연결되며, 캡 플레이트(30)의 단자홀(31)에 구비되는 전극단자(40)는 전극 조립체(10)의 음극(12)에 전기적으로 연결되어 음극단자로 작용한다.
한편, 음극 리드가 캡 플레이트에 연결되어 케이스가 음극단자로 작용하고, 양극 리드가 전극단자에 연결되어 전극단자가 양극단자로 작용할 수도 있다(미도시).
전극단자(40)는 절연 개스킷(41)을 개재하여 캡 플레이트(30)의 단자홀(31)에 삽입된다. 즉 절연 개스킷(41)은 단자홀(31)과 전극단자(40)를 전기적으로 절연하고, 단자홀(31)과 전극단자(40) 사이에 실링 구조를 형성한다.
터미널 플레이트(50)는 절연 플레이트(55)를 개재하여 전극단자(40)에 전기적으로 연결된다. 즉 절연 플레이트(55)는 캡 플레이트(30)와 터미널 플레이트(50)를 전기적으로 절연하고, 캡 플레이트(30)와 터미널 플레이트(50) 사이에 실링 구조를 형성한다.
절연 케이스(60)는 전극 조립체(10)와 터미널 플레이트(50) 사이에 설치되어, 전극 조립체(10)의 양극(11)과 음극성을 띠는 터미널 플레이트(50)를 전기적으로 절연시킨다.
캡 플레이트(30)는 전해액 주입구(32)를 구비한다. 전해액 주입구(32)는 케이스(20)에 캡 플레이트(30)를 결합한 후, 케이스(20)의 내부로 전해액의 주입을 가능하게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(32)는 밀봉 마개(33)로 밀봉된다.
도 3은 케이스(20)의 평면도이고, 도 4는 도 3의 케이스(20) 모퉁이의 상세도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 케이스(20)는 측벽(21), 바닥(22) 및 보강부(23)를 포함한다.
측벽(21)은 둘레를 따라 서로 연결되어 일측에 케이스(20)의 개구를 형성하고, 바닥(22)은 개구의 반대측에서 이웃하는 측벽(21)을 연결하여 개구 반대측을 밀폐한다.
보강부(23)는 측벽(21)의 모퉁이를 곡면으로 형성하고 모퉁이의 두께를 증대함으로써, 케이스(20)의 측 방향에서 작용하는 하중(P)에 대한 강도를 보강한다. 보강부(23)는 모퉁이에 연결되는 측벽(21)으로 더 연장되어 형성될 수 있다.
예를 들면, 측벽(21)은 서로 마주하는 1쌍의 장 측벽(211)과 장 측벽(211)의 양단을 서로 연결하여 서로 마주하는 1쌍의 단 측벽(212)을 포함한다. 즉 측벽(21)은 대략 직육면체의 관체를 형성한다.
이 상태에서, 보강부(23)는 모퉁이에서 단 측벽(212)으로 더 이어진다. 따라서 보강부(23)는 장 측벽(211)과 단 측벽(212)이 연결되는 모퉁이 및 단 측벽(212)의 강도를 보강함으로써 단 측벽(212) 측에 작용하는 하중(P)에 대한 강도를 보강하여, 케이스(20) 전체의 강도를 보강한다.
장 측벽(211)과 단 측벽(212)이 연결되는 모퉁이의 외면은 제1 곡률반경(r1)으로 형성되고, 모퉁이의 내면은 제2 곡률반경(r2)으로 형성되며, 제1 곡률반경(r1)이 제2 곡률반경(r2)보다 작게 형성된다(r1<r2). 즉 모퉁이에서 내면의 곡률이 외면의 곡률보다 크게 형성됨에 따라 모퉁이의 내면에 보강부(23)가 형성될 수 있다.
또한 장 측벽(211)은 제1 두께(t1)로 형성되고, 단 측벽(212)은 제2 두께(t2)로 형성된다. 보강부(23)가 단 측벽(212)으로 연장 형성됨에 따라, 제1 두께(t1)가 제2 두께(t2)보다 작게 형성된다. 예를 들면, 제2 두께(t2)는 제1 두께(t1)의 1.1~5.0 배 정도일 수 있다. 제2 두께(t1)가 제1 두께(t1)의 1.1배 미만인 경우 강도 보강이 미흡하고, 제1 두께(t1)의 5.0배 초과인 경우 전극 조립체(10)의 수용 공간을 지나치게 감소시킬 수 있다.
제2 두께(t2)는 단 측벽(212)에 형성되는 보강부(23) 두께를 더 포함한다. 이때 모퉁이 내면의 제2 곡률반경(r2)이 단 측벽(212)에 이어지므로 단 측벽(212)에서 모퉁이로 가면서 두께가 점점 더 두꺼워지고 모퉁이에서 장 측벽(211)으로 가면서 두께가 점점 더 얇아진다.
따라서 케이스(20)의 단 측벽(212) 측에 작용하는 하중(P)은 단 측벽(212) 및 보강부(23)에서 흡수되고, 모퉁이 및 장 측벽(211)으로 전달 분산된다. 즉 케이스(20)는 단 측벽(212) 측에서 작용하는 하중(P)에 대하여 보강된 강도를 가지게 된다.
보강부(23)는 모퉁이의 내면을 제2 곡률반경(r2)의 곡면으로 형성함으로써 전극 조립체(10)의 곡면에 대응할 수 있고, 케이스(20)의 내측에서 강도를 보강하면서 전극 조립체(10)의 수용을 방해하지 않는다.
또한, 보강부(23)는 개구에서 바닥(22)에 이르는 케이스(20) 높이 전체 범위에 대하여 일부 또는 전체에 걸쳐서 형성될 수 있다. 케이스(20)의 일부에 형성되는 경우, 보강부는 케이스(20)의 개구 측에 형성될 수 있다.
이하에서 본 발명의 다양한 실시예들을 예시한다. 이하의 실시예의 기재에 있어서, 제1 실시예 및 기 설명된 실시예와 비교하여 동일한 구성에 대한 기재를 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 비교하여 기재한다.
도 5는 제2 실시예에 따른 케이스(70)의 평면도이고, 도 6은 도 5의 케이스(70) 모퉁이의 상세도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 케이스(70)는 장 측벽(711)과 단 측벽(712)에서 동일한 두께를 가진다.
보강부는 모퉁이의 내면에 돌출되는 비드(73)로 형성된다. 비드(73)는 모퉁이의 내면에서 전극 조립체(10)의 수용을 방해하지 않는 범위 내에서, 두께(t) 및 높이(h)를 가지고 돌출 형성된다.
이때, 비드(73)와 장 측벽(711) 사이에 설정되는 각도와 비드(73)와 단 측벽(712)과의 사이에 설정하는 각도는 서로 같다. 따라서 전극 조립체(10)의 수용을 방해하지 않으면서 비드(73)의 돌출 높이(h)가 최대로 형성될 수 있고, 모퉁이의 허용 공간 내에서 케이스(70)의 강도가 최대로 보강될 수 있다.
즉 제1 실시예에서 보강부(23)는 전극 조립체(10)의 곡면에 전체적으로 대응하도록 모퉁이와 단 측벽(212)에 형성된다. 이에 비하여 제2 실시예의 보강부, 즉 비드(73)는 전극 조립체(10)의 곡면에 부분적으로 대응하도록 모퉁이에 형성된다.
따라서 케이스(70)의 단 측벽(712) 측에 작용하는 하중(P)은 단 측벽(712)에서 비드(73)로 전달 및 흡수된다. 즉 케이스(20)는 단 측벽(712) 측에서 작용하는 하중(P)에 대하여 보강된 강도를 가지게 된다.
도 7은 제3 실시예에 따른 케이스(75) 모퉁이의 상세도이다. 도 7을 참조하면, 케이스(75)는 제1 실시예에서와 같이, 장 측벽(211)을 제1 두께(t1)로 형성하고 단 측벽(212)을 제2 두께(t2)로 형성한다.
보강부(23)는 모퉁이에 형성되고 단 측벽(212)으로 더 이어져 형성된다. 보강부(23)가 단 측벽(212)으로 연장 형성됨에 따라, 제1 두께(t1)가 제2 두께(t2)보다 작게 형성된다. 제2 두께(t2)는 단 측벽(212)에 형성되는 보강부(23) 두께를 더 포함한다.
또한, 보강부(23)는 제2 실시예에서와 같이 모퉁이의 내면에 돌출되는 비드(73)를 더 포함한다. 이때, 비드(73)와 장 측벽(211) 사이에 설정하는 각도와 비드(73)와 단 측벽(212) 사이에 설정하는 각도는 서로 같다. 따라서 전극 조립체(10)의 수용을 방해하지 않으면서 비드(73)의 돌출 높이(h)가 최대로 형성될 수 있다. 즉 보강부(23) 및 비드(73)에 의하여 케이스(75)의 강도가 최대로 보강될 수 있다.
따라서 케이스(75)의 단 측벽(212) 측에 작용하는 하중(P)은 단 측벽(212)에서 보강부(23) 및 비드(73)로 전달 및 흡수된다. 즉 케이스(75)는 단 측벽(212) 측에서 작용하는 하중(P)에 대하여 보강된 강도를 가지게 된다.
도 8은 제4 실시예에 따른 케이스(80)의 평면도이다. 도 8을 참조하면, 케이스(80)는 제1 실시예에서와 같이, 장 측벽(211)을 제1 두께(t1)로 형성하고 단 측벽(212)을 제2 두께(t2)로 형성한다.
보강부(23)는 모퉁이에 형성되고 모퉁이에서 단 측벽(212)으로 더 이어져 형성된다. 보강부(23)가 단 측벽(212)으로 연장 형성됨에 따라, 제1 두께(t1)가 제2 두께(t2)보다 작게 형성된다. 제2 두께(t2)는 단 측벽(212)에 형성되는 보강부(23) 두께를 더 포함한다.
또한, 보강부(23)는 단 측벽(212)의 내면에 돌출되는 비드(83)를 더 포함한다. 이때, 비드(83)는 복수의 전극 조립체들(10) 사이에 배치되어 케이스(80)의 강도를 보강하면서 전극 조립체들(10)의 수용을 방해하지 않는 높이(h)로 형성된다. 비드(83)는 전극 조립체들(10)의 개수에 따라 이들 사이에 형성되는 공간에 대응하여 형성된다. 즉 보강부(23) 및 비드(83)에 의하여 케이스(80)의 강도가 최대로 보강될 수 있다.
따라서 케이스(80)의 단 측벽(212) 측에 작용하는 하중(P)은 단 측벽(212)에서 보강부(23) 및 비드(83)로 전달 및 흡수된다. 즉 케이스(80)는 단 측벽(212) 측에서 작용하는 하중(P)에 대하여 보강된 강도를 가지게 된다.
도 9는 제5 실시예에 따른 케이스(85)의 단면도이다. 도 9를 참조하면, 케이스(85)는 측벽(86)과 바닥(87)을 이종 재질 또는 동일 재질로 형성할 수 있다. 바닥(87)은 측벽(86)보다 더 강한 재질로 형성될 수 있다.
이 경우, 측벽(86)은 압출 성형으로 가공될 수 있다. 이 측벽(86)에 바닥(87)을 용접하거나 인팩트 압출함으로써 측벽(86)과 바닥(87)은 일체로 성형되어 케이스(85)를 이루게 된다.
바닥(87)의 두께(t4)는 측벽(86)의 두께(t3) 보다 더 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들면, 두께(t4)는 두께(t3)의 1.1~5.0 배 정도일 수 있다. 제4 두께(t4)가 제3 두께(t3)의 1.1배 미만인 경우 강도 보강이 미흡하고, 제3 두께(t3)의 5.0배 초과인 경우 전극 조립체(10)의 수용 공간을 지나치게 감소시킬 수 있다.
따라서 케이스(85)의 측벽(86)에서 작용하는 하중(P)은 바닥(87)으로 전달 및 흡수된다. 즉 케이스(85)는 측벽(87)에서 작용하는 하중(P)에 대하여 보강된 강도를 가지게 된다.
또한 제5 실시예의 케이스(85) 구조에 제1 내지 제4 실시예의 보강 구조를 개구 측에 적용하는 경우, 케이스는 하중(P)에 대하여 더욱 보강된 강도를 가지게 된다.
이상을 통해 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.
10 : 전극 조립체 11 : 양극
12 : 음극 13 : 세퍼레이터
14 : 양극 리드 15 : 음극 리드
20, 70, 75, 80 : 케이스 21, 86 : 측벽
22, 87 : 바닥 23 : 보강부
30 : 캡 플레이트 31 : 단자홀
32 : 전해액 주입구 33 : 밀봉 마개
40 : 전극단자 50 : 터미널 플레이트
55 : 절연 플레이트 60 : 절연 케이스
73, 83 : 비드 211, 711 : 장 측벽
212, 712 : 단 측벽 h : 높이
P : 하중 r1, r2 : 제1, 제2 곡률반경
t, t3, t4 : 두께 t1, t2 : 제1, 제2 두께

Claims (10)

  1. 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 케이스의 개구를 덮는 캡 플레이트; 및
    상기 캡 플레이트의 단자홀에 설치되어 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 전극단자를 포함하며,
    상기 케이스는,
    서로 연결되어 일측에 상기 개구를 형성하는 측벽,
    상기 개구의 반대측에서 이웃하는 측벽을 연결하여 밀폐하는 바닥, 및
    상기 측벽의 모퉁이를 곡면으로 형성하고 상기 모퉁이의 두께를 증대한 보강부를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보강부는,
    상기 모퉁이에 연결되는 측벽으로 더 연장되는 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측벽은,
    서로 마주하는 1쌍의 장 측벽, 및
    상기 장 측벽의 양단을 서로 연결하여 서로 마주하는 1쌍의 단 측벽을 포함하며,
    상기 보강부는,
    상기 모퉁이에서 상기 단 측벽으로 더 이어지는 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모퉁이 외면은 제1 곡률반경으로 형성되고,
    상기 모퉁이 내면은 제2 곡률반경으로 형성되며,
    상기 제1 곡률반경이 상기 제2 곡률반경보다 작은 이차 전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 장 측벽은 제1 두께로 형성되고,
    상기 단 측벽은 제2 두께로 형성되며,
    상기 제1 두께가 상기 제2 두께보다 작은 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보강부는,
    상기 모퉁이의 내면에 돌출되는 비드로 형성되는 이차 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 보강부는,
    상기 단 측벽으로 더 이어지며,
    상기 모퉁이의 내면에 돌출되는 비드를 더 포함하는 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 측벽은,
    서로 마주하는 1쌍의 장 측벽, 및
    상기 장 측벽의 양단을 서로 연결하여 서로 마주하는 1쌍의 단 측벽을 포함하며,
    상기 보강부는,
    상기 모퉁이에서 상기 단 측벽으로 더 이어지고,
    상기 단 측벽의 내면에 돌출되는 비드를 더 포함하는 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는,
    상기 측벽과 상기 바닥을 이종 재질로 형성하는 이차 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는
    상기 바닥의 두께를 상기 측벽의 두께 보다 더 두껍게 형성하는 이차 전지.
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