KR20180120406A - 이종 금속들로 이루어진 캔을 포함하는 원통형 전지셀 - Google Patents

이종 금속들로 이루어진 캔을 포함하는 원통형 전지셀 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 권취되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액을 함침한 상태로 원통형 캔에 내장되는 원통형 전지셀로서, 상기 원통형 캔의 적어도 일부는 스테인리스 스틸로 이루어진 내층 및 외층이 형성되어 있고, 상기 내층과 외층 사이에는 내층 및 외층과 다른 금속으로 이루어진 보강층이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀을 제공한다.

Description

이종 금속들로 이루어진 캔을 포함하는 원통형 전지셀 {Cylindrical Battery Cell Having Can of Dissimilar Metals}
본 발명은 이종 금속들로 이루어진 캔을 포함하는 원통형 전지셀에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
일반적으로, 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 캠코더, 노트북 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있으며, 특히 리튬 이차전지는 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈 카드뮴 전지나 니켈 수소 전지보다 3배 이상의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 우수하기 때문에 활용 정도가 급속도로 증가되고 있다.
이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류될 수 있는 바, 대표적으로, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체 각각이 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.
이들 중에서 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 우수한 장점을 가지고, 특히 원통형 이차전지 케이스에 수납이 용이한 바, 젤리-롤형 전극조립체가 널리 사용되고 있다.
또한, 이차전지는 전지 케이스의 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 분류되기도 하며, 이들 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가지는 바, 최근의 전자기기의 소형 경박화 경향 및 중대형 전지팩의 중량 감소 필요성 등이 대두되면서 사용량이 급증하고 있다.
도 1 및 도 2에는 종래의 원통형 이차전지의 대표적인 구조가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적으로 원통형 이차전지는 금속 캔(19)의 내부에 발전 소자로서 수용되는 젤리-롤형 전극조립체(10)를 삽입하고 전해액을 주입하며, 금속 캔(19)의 상단 개구부에 캡 어셈블리를 장착하여 제조된다.
전극조립체(10)는 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 젤리-롤 타입으로 권취되어 있는 구조이며, 양극에는 양극 탭(16)이 부착되어 캡 어셈블리에 접속되어 있고, 음극에는 음극 탭(도시하지 않음)이 부착되어 캔의 하단에 접속되어 있다.
구체적으로, 양극은 일반적으로 도전성이 우수한 금속판, 예를 들면, 알루미늄으로 이루어진 양극 집전체와, 그 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하고 있다. 양극판의 양단에는 활물질층이 형성되지 않은 양극무지부가 형성되어 있다. 상기 양극무지부의 일단에는 일반적으로 알루미늄 재질로 형성되며 전극조립체(10)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극 탭(16)이 접합되어 있고, 또한 음극은 전도성 금속 박판으로 이루어진 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하고 있다. 음극판의 양단에는 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극무지부가 형성되어 있다. 상기 음극무지부의 일단에는 일반적으로 전극조립체(10)의 하부로 일정 길이 돌출되는 음극 탭이 접합되어 있다.
캡 어셈블리는, 양극 단자를 형성하는 상단 캡 플레이트(13), 전지 내부의 온도 상승시 전지 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(positive temperature coefficient element)(14), 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 및/또는 가스를 배기하는 안전벤트(15), 특정 부분을 제외하고 안전벤트(15)를 캡 플레이트(13)로부터 전기적으로 분리시키고 전지 내부를 밀봉하는 절연부재(18), 및 양극에 연결된 양극 탭(16)이 접속되어 있는 단자 플레이트(17)를 포함하고 있다.
캡 플레이트(13)는 중앙이 상향 돌출되어 외부 회로와의 접속에 의한 양극 단자로서의 역할을 수행하고, 가스 배출을 위해 다수의 관통구가 천공되어 있으며, 안전벤트(15)는 하단 부위가 전류차단 안전소자(17) 및 양극 탭(16)을 통해 전극조립체(10)에 전기적으로 연결되어 있다.
이러한 원통형 이차전지는, 최근의 전자기기의 소형화, 박형화의 추세에 따라 전지의 용량을 극대화하면서도 전지 크기를 최소화하기 위한 설계가 요구되고 있으며, 그 일환으로 전지 케이스의 두께를 가능한 작게 구성하려는 시도가 이루어지고 있다.
그러나, 전지 케이스의 두께가 작아질수록 전지의 제조 과정에서 다양한 문제점이 나타난다.
예를 들어, 비딩부를 형성하는 공정에 있어서, 전지 케이스를 이루고 있는 금속의 판재가 내측으로 만입되면서 두께가 더욱 작아질 수 있는 바 기계적 강도가 현저히 저하되거나 경우에 따라서는 만입부가 파열될 수 있고, 또한 클램핑 부위를 형성하는 공정에 있어서, 상단부 절곡시 절곡 부위의 강도가 저하되어 전지의 내압에 의해 전지 케이스의 외형이 쉽게 변형됨으로써 밀봉성이 저하되는 문제점 등이 존재한다.
특히, 젤리-롤형 전극조립체가 수납되어 있는 원통형 이차전지에 있어서는, 외부 충격이나 압력이 인가되면 금속 캔의 형상이 변형되면서 내부의 음극 및 양극 집전체가 맞닿게 되어 쇼트가 발생되거나, 전극조립체의 코어 부위의 분리막이 파열되어 국부적인 영역으로 단락 전류가 집중되고, 외부로의 열 발산이 용이하지 않은 상황에서 전류의 저항의 증가에 따른 발열량의 증가로 인해 전지가 발화 및 폭발하는 위험성을 내포하고 있다.
이러한 이차전지의 안전성의 문제는, 최근 스마트폰, 노트북 PC 등의 발화, 폭발 사건이 연이어 발생함에 따라 그 중요성이 더욱 강조되는 추세이다.
한편, 상기 전지 케이스의 박막화에 따라 케이스를 구성하는 원통형 금속 캔의 두께가 작아지면 안전성이 저하되는 것 이외에도 공정성이 저하되는 문제가 있다.
구체적으로, 금속 캔과 음극 탭의 용접에 있어서, 음극 탭은 일반적으로 저항용접에 의해 금속 캔의 하면판에 용접된다.
이러한 저항용접은 제1용접봉을 전극조립체의 권심 부분에 삽입하여 음극 탭과 접촉시키고, 제1용접봉과 대향하는 위치에서 제2용접봉을 금속 캔의 하단 외면에 밀착시킨 상태에서 전류를 인가하여 이루어지며, 복수의 도체가 상호 접촉하는 경우 접촉 저항에 의해 열이 발생하고 이러한 열에 의해 용접이 이루어지게 된다.
이 경우, 금속 캔의 하면판의 두께가 작아질수록 접촉 저항이 필연적으로 작아지므로 용접성이 저하되는 문제점이 발생하게 되며, 이는 이차전지의 작동 과정에서 외부로부터의 충격이나 압력에 의해 음극 탭이 쉽게 금속 캔으로부터 분리될 수 있는 바, 용접성의 불량 역시 전지의 발화나 폭발을 야기할 수 있다.
따라서, 원통형 이차전지의 용량의 극대화를 위한 박막화, 소형화 과정에 있어서, 전지셀의 안전성과 용접성을 동시에 담보할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 원통형 캔의 내층과 외층 사이에 내층 및 외층과는 다른 금속으로 이루어진 보강층을 개재함으로써 안전성과 용접성이 동시에 담보되는 효과를 발휘할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 원통형 전지셀은,
양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 권취되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액을 함침한 상태로 원통형 캔에 내장되는 원통형 전지셀로서, 상기 원통형 캔의 적어도 일부는 스테인리스 스틸로 이루어진 내층 및 외층이 형성되어 있고, 상기 내층과 외층 사이에는 내층 및 외층과 다른 금속으로 이루어진 보강층이 개재되어 있는 것을 특징으로 한다.
원통형 이차전지의 원통형 금속 캔은 일반적으로 스테인리스 스틸 등으로 이루어질 수 있으나, 소형화, 박막화에 따라 금속 캔의 두께가 감소하는 경우, 스테인리스 스틸로는 안전성을 충분히 담보할 수 있을 정도의 기계적 강도를 발휘하지 못하는 바, 외부의 충격이나 압력에 의해 전지가 변형되어 종국적으로는 전지가 발화 또는 폭발하는 한계가 있었다.
이에 반해, 본 발명에 따른 원통형 전지셀은, 스테인리스 스틸로 이루어진 원통형 캔의 내층 및 외층과는 다른 금속으로 이루어진 보강층을 상기 내층 및 외층 사이에 개재함으로써, 외부의 충격이나 압력에 대해 향상된 기계적 물성을 제공하는 효과를 발휘한다.
하나의 예로서, 상기 보강층은 Mo, Ni, Ga, Cr, Ti, Cu, Te, V, Sb, Al, Mg, W, Ni로 이루어진 군에서 선택되는 금속 또는 상기 금속을 하나 이상 포함하는 합금일 수 있다.
이러한 보강층은, 상기에서 예시하고 있는 금속 또는 이들의 합금뿐만 아니라, 원통형 캔의 기계적 강도나 용접성을 향상시킬 수 있는 금속이라면 특별히 한정되지 않는다.
다만, 하나의 구체적인 예로서, 상기 보강층은 텅스텐(W) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다.
상기 텅스텐은 스테인리스 스틸보다 기계적 강도가 우수하다는 점에서, 또한 알루미늄은 스테인리스 스틸보다 전기 전도성이 우수하다는 점에서, 원통형 캔의 측부 및 하단부에 각각 형성되어 있는 보강층을 이루는 금속일 수 있으며, 이들의 합금 또한 보강층을 구성할 수 있음은 물론이다.
하나의 구체적인 예로서, 원통형 캔의 측부에 포함되는 보강층은 튜브 형상, 그물망 형상 및 다중 밴드 형상으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 형상으로 이루어질 수 있고 원통형 캔의 하단부에 포함되는 보강층은 원형, 타원형, 각형, 그물망 형상으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 형상으로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 원통형 전지셀에 있어서, 상기 보강층은 스테인리스 스틸로 이루어진 내층 및 외층 사이에 형성되어 있을 수 있고, 상기 내층, 보강층, 외층의 구조는 원통형 캔의 측부 및 하단부에 각각 형성되어 있을 수 있으며, 상기 측부 및 하단부에 각각 개재되어 있는 보강층은 서로 다른 금속으로 이루어질 수 있다.
원통형 금속 캔의 측부는 하단부보다 외부의 충격이나 압력에 더 취약하다는 점에서, 기계적 강도를 현저히 향상시킬 수 있는 금속이 요구되고, 반면에, 원통형 금속 캔의 하단부는 기계적 물성은 충분히 우수하지만, 그것의 두께의 감소에 따른 접촉 저항의 감소를 방지하기 위하여, 용접성을 향상시킬 수 있는 금속이 요구되는 점에서, 상기 측부 및 하단부에 형성되어 있는 각각의 보강층은 서로 다른 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
하나의 구체적인 예로서, 상기 원통형 캔의 측부의 보강층은 텅스텐(W)으로 이루어지고, 하단부의 보강층은 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다.
텅스텐 금속은 경도뿐만 아니라 고온에서의 강도나 경도가 스테인리스 스틸보다 우수하다는 점에서 원통형 캔의 측부에 적용되는 보강층을 이루는 금속으로 바람직하게 사용될 수 있고, 알루미늄 금속은 경도는 스테인리스 스틸보다 작지만, 도전성이 스테인리스 스틸보다 우수하다는 점에서, 이를 원통형 캔의 하단부의 보강층에 적용함으로써 저항용접으로 음극 탭과 금속 캔의 하단부를 용접하는 경우에 요구되는 열을 충분히 발생시킬 수 있으므로 바람직하다.
하나의 구체적인 예로서, 상기 원통형 캔의 하단부에 개재되어 있는 보강층의 저항은 하단부의 내층 및 외층의 저항에 대해 10% 내지 70%의 크기일 수 있다.
만약 상기 보강층의 저항이 하단부의 내층 및 외층의 저항에 대해 10% 보다 작거나 70%보다 큰 크기인 경우 소망하는 효과를 발휘할 수 없는 바 바람직하지 못하다.
하나의 구체적인 예로서, 상기 원통형 캔의 측부에 개재되어 있는 보강층의 강도는 측부의 내층 및 외층의 강도에 대해 120% 내지 200%의 크기일 수 있다.
만약 상기 보강층의 강도가 측부의 내층 및 외층의 강도에 대해 120%보다 낮은 경우 기계적 강도를 충분히 향상시키지 못하는 바 바람직하지 못하고, 200%보다 높은 경우 공정성의 저하, 비용증가 등의 문제가 있어 바람직하지 못하다.
한편, 하나의 구체적인 예로서, 상기 보강층은 원통형 캔의 내층에 대면하는 부위로부터 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 텅스텐(W)이 순차적으로 적층되어 있거나, 또는 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 알루미늄(Al)이 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 상기 보강층은 단독의 금속 또는 합금으로 이루어지거나 2종 이상의 금속 또는 합금으로 이루어질 수 있는 바, 이는 원통형 캔의 측부 및 하단부의 두께에 따라 유동적으로 복수의 금속들을 선택적으로 개재하여 보강층을 구성할 수 있다.
일반적으로 원통형 캔의 측부는 0.15~0.25 mm의 두께를 가질 수 있는 바, 구체적인 예로서, 상기 측부가 0.15 mm의 상대적으로 얇은 두께를 가지는 경우에는 안전성의 담보가 더욱 요구되므로 이 경우 상기 보강층은 텅스텐, 알루미늄, 텅스텐이 순차적으로 적층되어 있을 수 있다. 반면에, 상기 측부가 상대적으로 두꺼운 0.25 mm의 두께를 가지는 경우에는 도전성의 담보가 더욱 요구되므로 이 경우 상기 보강층은 알루미늄, 텅스텐, 알루미늄이 순차적으로 적층되어 있을 수 있다.
마찬가지로, 원통형 캔의 하단부는 0.3 mm 내외의 두께를 가질 수 있는 바, 캔의 하단부의 두께의 크기에 따라 보강층의 금속을 구성할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 원통형 캔의 측부 및 하단부의 구체적인 두께에 대응하여 서로 다른 금속으로 이루어진 최적의 보강층을 적용함으로써 원통형 이차전지의 용량을 극대화하면서도, 용접성과 안전성이 동시에 담보되는 원통형 전지셀을 제공하는 효과를 발휘한다.
하나의 구체적인 예로서, 상기 보강층은 0.05 mm 내지 0.2 mm의 두께로 형성되어 있을 수 있다.
만약 상기 보강층이 0.05 mm의 두께보다 작은 경우 텅스텐 또는 합금을 사용하더라도 충분한 기계적 물성의 향상 효과를 발휘할 수 없어 바람직하지 못하고, 이와 반대로, 보강층이 0.2 mm의 두께보다 큰 경우 공정성 및 전지의 용량이 저하되는 문제점이 있는 바 바람직하지 못하다.
하나의 구체적인 예로서, 상기 원통형 캔의 내층은 0.03 mm 내지 0.1 mm의 두께로 형성되어 있고, 외층은 0.05 mm 내지 0.15 mm의 두께로 형성되어 있을 수 있다.
만약 상기의 범위를 벗어나는 경우, 금속 캔의 측부 또는 하단부의 전체 두께가 감소되어 박막화를 이루더라도 안전성 및 용접성을 동시에 담보할 수 없게 되므로 바람직하지 못하다.
하나의 구체적인 예로서, 상기 원통형 캔의 높이를 기준으로 하단부로부터 30% 내지 70% 높이에 형성되어 있는 보강층의 두께는 나머지 부위와 비교하여 20% 내지 50% 더 두껍게 형성되어 있을 수 있다.
원통형 이차전지에 있어서, 특히 원통형 캔의 측부, 그 중에서도 특히 원통형 캔의 높이를 기준으로 하단부로부터 30% 내지 70%의 높이에 위치하는 측부가 외부로부터의 충격이나 압력에 대해 가장 취약하므로, 본 발명에 따른 보강층의 두께를 그 이외의 높이에 위치하는 측부보다 더 두껍게 형성함으로써 안전성을 극대화하는 효과를 발휘할 수 있다.
하나의 구체적인 예로서, 상기 원통형 캔의 내층의 내면 및 상기 내면과 대면하는 보강층의 일면에는 접합 마찰력을 제공하는 미세요철이 형성되어 있을 수 있다.
저항용접은 복수의 도체가 상호 접촉하는 경우 접촉 저항에 의해 열이 발생되는 원리를 통해 용접이 이루어지며, 이때 접촉 부분에 발생하는 열은 접촉 저항이 클수록 더 많이 발생하게 된다.
이러한 접촉 저항은 도체 사이의 접촉 면적이 작을수록 커지게 되지만, 종래의 원통형 이차전지의 금속 캔의 하단부는 매끄러운 평면으로 구성되어 있어 접촉 저항이 작으므로 용접성이 감소되는 문제점이 있었다.
본 발명에 따른 원통형 전지셀은 원통형 캔의 내층의 내면에 미세 요철을 형성시킴으로써 접촉 저항의 증가에 따라 용접성이 극대화되는 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 원통형 캔의 내층과 대면하는 상기 보강층의 일면에도 미세요철을 형성시킴으로써 내층과의 접합 마찰력을 제공하여 안전성이 더욱 향상된 효과를 발휘할 수 있다. 이러한 미세요철은 추가적인 접합 마찰력의 제공을 위해 외층과 보강층이 서로 대면하는 면 각각에 형성되어 있을 수 있음은 물론이다.
하나의 구체적인 예로서, 상기 미세요철은 기계적 또는 화학적 표면 처리를 수행하여 형성되고, 미세요철의 크기는 원통형 캔의 두께를 기준으로 5% 내지 20%의 범위 내일 수 있다.
만약 미세요철의 크기가 원통형 캔의 두께의 5%보다 작은 범위인 경우 충분한 용접성 및 결합성의 향상 효과를 발휘하지 못하는 바 바람직하지 못하고, 이와 반대로, 20%보다 큰 범위인 경우 이차전지의 용량의 감소를 야기하는 바 바람직하지 못하다.
하나의 구체적인 예로서, 본 발명의 원통형 전지셀에 따른 상기 내층, 보강층 및 외층은 열융착, 압연, 화학적 접착, 레이저 용접, 스팟 용접, 도금, 또는 코팅으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상에 의해 결합될 수 있으며, 당업계에서 주지의 방법으로서, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위라면 특별히 결합 방법이 제한되지 않는다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 원통형 전지셀은 원통형 캔의 내층과 외층 사이에 내층 및 외층과는 다른 금속으로 이루어진 보강층을 개재함으로써 원통형 캔의 두께가 작아지더라도 우수한 안전성과 용접성을 동시에 발휘하는 효과가 있다.
도 1은 종래 원통형 전지셀의 수직 단면 사시도에 관한 모식도이다.
도 2는 도 1의 수직 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 보강층이 개재되어 있는 원통형 전지셀의 사시도이다.
도 4는 도 3의 원통형 캔의 측부에 대한 단면 확대도이다.
도 5는 도 3의 원통형 캔의 하단부에 대한 단면 확대도이다.
도 6은 본 발명에 따른 보강층이 서로 다른 금속으로 이루어진 것을 나타내는 수직 단면도이다.
도 7은 도 6의 확대도이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 캔의 측부에 대한 단면 확대도이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 캔의 측부에 대한 단면 확대도이다.
도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 캔의 측부에 대한 정면 확대도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 본 발명에 따른 보강층이 개재되어 있는 원통형 전지셀의 사시도가 도시되어 있고,
도 4에는 도 3의 원통형 캔의 측부에 대한 단면 확대도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 3의 원통형 캔의 하단부에 대한 단면 확대도가 도시되어 있다.
도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 본 발명에 따른 원통형 전지셀은 전극조립체(10)가 전해액(도시하지 않음)을 함침한 상태로 원통형 캔(19)에 내장된 구조로서, 스테인리스 스틸로 이루어진 내층(90) 및 외층(110)이 원통형 캔(19)에 형성되어 있고, 상기 내층(90)과 외층(110) 사이에는 다른 금속으로 이루어진 보강층(100)이 개재되어 있다.
이러한 보강층(100)은 원통형 캔(19)의 측부(50) 및 하단부(60)에 각각 개재되어 있는 바, 이를 통해 금속 캔(19)의 측부(50)의 외경의 고정에 따른 내경의 감소에도 불구하고 고강도 물질을 보강층(100)에 적용함으로써 안전성이 향상되는 효과를 발휘한다.
또한, 금속 캔(19)의 하단부(60)에 위치하는 보강층(100)을 통해 저저항 탭에 따른 용접성 향상의 효과를 동시에 발휘하고 있다.
도 6에는 본 발명에 따른 보강층이 서로 다른 금속으로 이루어진 것을 나타내는 수직 단면도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 확대도가 도시되어 있다.
도 6 및 도 7을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 원통형 전지셀은 하나의 예로서, 내층(90), 보강층(100), 외층(110)의 구조가 원통형 캔(10)의 측부(50) 및 하단부(60)에 각각 형성되어 있으며, 측부(50) 및 하단부(60)에 형성되어 있는 보강층(100a, 100b)은 서로 다른 금속으로 이루어질 수 있다.
따라서, 안전성의 향상이 요구되는 측부(50)에는 강도가 강한 금속, 예를 들어, 텅스텐으로 보강층이 이루어지도록 하고, 용접성의 향상이 요구되는 하단부(60)에는 전도성이 우수한 금속, 예를 들어 알루미늄으로 보강층이 이루어지도록 함으로써 원통형 전지셀의 박막화에도 안전성과 공정성이 동시에 담보되는 원통형 전지셀을 제공하는 효과를 발휘한다.
이러한 보강층은, 원통형 캔(19)의 내층(90)에 대면하는 부위로부터 서로 다른 금속들이 순차적으로 적층(201, 202, 203)되어 있을 수 있으며, 하나의 구체적인 예로서 원통형 캔의 측부(50)에는, 원통형 캔의 내층(90)에 대면하는 부위로부터 텅스텐, 알루미늄, 텅스텐이 순차적으로 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 원통형 캔(19)의 측부(50) 및 하단부(60)의 구체적인 두께 변화에 따라 복수의 금속(201, 202, 203)으로 이루어진 최적의 보강층(100)을 설계함으로써 안전성과 용접성을 동시에 담보할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 8 내지 도 10에는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 캔의 측부에 대한 단면 확대도가 도시되어 있다.
도 8 내지 도 10을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 원통형 전지셀은, 특히 외부 충격이나 외부 압력에 취약한 원통형 캔(19)의 측부(50), 그 중에서도 특히 취약한 원통형 캔(19)의 높이를 기준으로 하단부(60)로부터 30% 내지 70%의 높이에 위치하는 보강층(100)의 두께를 더 두껍게 형성함으로써 두께가 일정한 보강층(100)으로 구성되는 원통형 전지셀보다 더욱 안전성이 향상되는 효과를 발휘한다.
또한, 본 발명에 따른 원통형 전지셀의 원통형 캔(19)의 내층(90)의 내면 및 상기 내면과 대면하는 보강층(100)의 일면에는 미세요철(300a, 300b, 310a, 310b)이 각각 형성되어 있다.
구체적으로, 상기 원통형 캔(19)의 내면에 형성되는 미세요철의 오목부 및 볼록부들(300a, 300b)은 저항용접시 용접봉과의 접촉 저항을 증가시켜 용접성이 극대화되는 효과를 발휘하고, 원통형 캔(19)의 내층(90)과 대면하는 보강층(100)의 일면에 형성되는 미세요철(310a, 310b)들은 내층(90)에 대한 추가적인 접합 마찰력을 제공한다.
또한 도면에 도시하지는 않았으나, 외층(110)과 대면하는 보강층(100)의 일면 및/또는 보강층(100)과 대면하는 금속 캔(19)의 외층(110)의 일면에도 미세요철이 형성되어 있을 수 있음은 물론이다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 권취되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액을 함침한 상태로 원통형 캔에 내장되는 원통형 전지셀로서, 상기 원통형 캔의 적어도 일부는 스테인리스 스틸로 이루어진 내층 및 외층이 형성되어 있고, 상기 내층과 외층 사이에는 내층 및 외층과 다른 금속으로 이루어진 보강층이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보강층은 Mo, Ni, Ga, Cr, Ti, Cu, Te, V, Sb, Al, Mg, W, Ni로 이루어진 군에서 선택되는 금속 또는 상기 금속을 하나 이상 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 보강층은 텅스텐(W) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내층, 보강층, 외층의 구조는 원통형 캔의 측부 및 하단부에 각각 형성되어 있고;
    상기 측부 및 하단부에 각각 개재되어 있는 보강층은 서로 다른 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 원통형 캔의 측부의 보강층은 텅스텐(W)으로 이루어지고, 하단부의 보강층은 알루미늄(Al)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 원통형 캔의 하단부에 개재되어 있는 보강층의 저항은 하단부의 내층 및 외층의 저항에 대해 10% 내지 70%의 크기인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 원통형 캔의 측부에 개재되어 있는 보강층의 강도는 측부의 내층 및 외층의 강도에 대해 120% 내지 200%의 크기인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 보강층은 원통형 캔의 내층에 대면하는 부위로부터 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 텅스텐(W)이 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 보강층은 원통형 캔의 내층에 대면하는 부위로부터 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 알루미늄(Al)이 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 보강층은 0.05 mm 내지 0.2 mm의 두께로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 캔의 내층은 0.03 mm 내지 0.1 mm의 두께로 형성되어 있고, 외층은 0.05 mm 내지 0.15 mm의 두께로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 캔의 높이를 기준으로 하단부로부터 30% 내지 70% 높이에 형성되어 있는 보강층의 두께는 나머지 부위와 비교하여 20% 내지 50% 더 두껍게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 캔의 내층의 내면 및 상기 내면과 대면하는 보강층의 일면에는 접합 마찰력을 제공하는 미세요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 미세요철은 기계적 또는 화학적 표면 처리를 수행하여 형성되고, 미세요철의 크기는 원통형 캔의 두께를 기준으로 5% 내지 20%의 범위 내인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 내층, 보강층 및 외층은 열융착, 압연, 화학적 접착, 레이저 용접, 스팟 용접, 도금, 또는 코팅으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
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