KR100578815B1 - 이차 전지와 이에 사용되는 캡 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 벤트의 구조를 개선한 이차 전지에 관한 것으로, 세퍼레이터를 사이에 두고 횡권축을 따라 양극판과 음극판을 권취해서 이루어진 전극군; 상기 전극군이 수납되는 캔; 및, 상기 캔에 조립되어 이를 밀폐하면서 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 캡 조립체;를 포함하고, 상기 캡 조립체의 중심에서 벗어나 벤트(vent)가 형성되고, 그 중심에는 상기 전극군을 연결하는 리드선이 연결되는 구조로 이루어진다.

이차 전지, 벤트, 안전변, 벤트 플레이트, 중심

Description

이차 전지와 이에 사용되는 캡 조립체{SECONDARY BATTERY AND CAP ASSEMBLY}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤 타입의 전극군을 보여주는 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극용 집전판의 모습을 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체의 단면도이다.

도 5는 벤트의 배치 모습을 보여주는 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지의 사시도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세히는 전지의 동작 특성을 좋게 개선한 이차 전지 및 이에 사용되는 캡 조립체에 관한 것이다.

이차 전지는 그 용도나 전지 용량을 감안하면, 하나 또는 수 개의 전지 셀을 팩 형태로 포장하여 사용하는 저용량 이차 전지(이하, '소형 전지)와, 전지 셀을 수십 개 모아 사용하는 전지 팩 단위의 모터 구동용 대용량 이차 전지(이하, '대형 전지')로 구분할 수 있다.

이중, 소형 전지는 주로 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 소형 전자장치의 전원으로 사용되며, 대형 전지는 하이브리드 자동차에서처럼 모터 구동용 전원으로 사용된다.

소형 전지가 하나의 셀로서 구성될 때에는 주로 원통형이나 사각형의 외형을 가지고 형성되는 바, 띠 상의 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 이를 와류 상으로 감아 전극군을 형성하고, 이를 원통형의 캔 내부에 삽입하여 전지를 구성한다.

그리고, 상기 양, 음극판에는 리드 단자 즉, 전지의 작용시 양, 음극판에서 발생된 전류를 집전하기 위한 역할로서 도전성 탭(tap)이 각기 부착되며, 이 도전성 탭은 전극 조립체에 용접 등으로 부착되어 각기 양, 음극판에 발생된 전류를 양, 음극 단자로 유도하게 된다.

이처럼 구성된 소형 전지의 구조를 그대로 대형 전지에 적용하는 경우에는 용량이나 출력면에서 대형전지의 동작 특성을 만족시키지 못하기 때문에, 복수의 탭을 전극 조립체 사이에 부착하여 사용하는 멀티탭 구조가 제안되었으며, 나아가서는 판 상의 플레이트를 탭으로 사용하는 이차 전지가 제안되었다.

한편, 이차 전지는 전지의 폭발 방지를 위한 벤트(또는, '안전변')을 더 포함해서 구성될 수 있다. 이때, 벤트는 소정의 압력하에서 터져 전지가 폭발하는 것을 방지한다.

그런데, 종래의 이차 전지는 전극군을 연결하는 리드탭이 벤트에 연결되어 있다. 따라서, 벤트가 기 설정된 압력 하에서 제대로 파손이 되지 않아 이차 전지가 폭발하는 등의 위험한 문제를 나타내고 있다.

이에, 본 발명에서는 상술한 문제점을 해결해서 이차 전지의 리드 탭 구조를 개선해서 벤트가 제대로 동작할 수 있도록 한 본 발명의 이차 전지 및 캡 조립체를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 대형 전지가 요구하는 동작 특성을 만족할 수 있도록 개선해서 대형 전지가 요구되는 산업 분야에 적용 가능한 본 발명의 이차 전지를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명에서 제공하는 이차 전지는,

세퍼레이터를 사이에 두고 횡권축을 따라 양극판과 음극판을 권취해서 이루어진 전극군;

상기 전극군이 수납되는 캔; 및,

상기 캔에 조립되어 이를 밀폐하면서 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 캡 조립체;를 포함하고,

상기 캡 조립체의 중심에서 벗어나 벤트(vent)가 형성되고, 그 중심에는 상기 전극군을 연결하는 리드선이 연결되는 구조로 이루어진다.

이때, 상기 리드선은 상기 캡 조립체에 부착되는 리드탭을 매개로 상기 캡 조립체와 연결되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 캡 조립체는 전극 단자가 구비되는 캡 플레이트;와, 상기 벤트가 형성되는 벤트 플레이트;를 포함해서 이루어진다.

이때, 상기 벤트가 상기 벤트 플레이트의 중심에서 벗어나 노치(notch)로 형성되고, 상기 리드선이 상기 벤트 플레이트의 중심에 연결되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 실시예의 이차 전지는 상기 전극군의 양극판에 선택적으로 결합되는 집전판을 더 포함하고, 상기 집전판을 매개로 상기 전극군이 상기 캡 조립체에 연결되는 구조로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 집전판은 판 상의 플레이트;와 상기 플레이트에서 돌기져 형성되는 접촉부를 포함하며, 상기 접촉부에 리드선이 연결되는 구조로 이루어진다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서 제공하는 캡 조립체는,

이차 전지용 캡 조립체에 있어서,

전극 단자가 구비되는 캡 플레이트; 및,

벤트가 형성되는 판 상의 벤트 플레이트;를 포함해서 이루어지며,

상기 벤트 플레이트의 중심에서 벗어나 벤트가 형성되고, 그 중심에는 리드선이 연결되는 구조로 이루어진다.

이때, 상기 캡 플레이트와 상기 벤트 플레이트 사이에는 빈 공간이 형성되고, 상기 벤트가 상기 빈 공간에 대응하게 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 본 실시예에서 제공하는 이차 전지 및 캡 조립체는, 상기 전극군이 원통형 젤리롤 형태로 형성해서 이차 전지의 형상이 원통형으로 형성됨이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 이차전지는 HEV(하이브리드 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 집전체 구조를 갖는 원통형 이차 전지를 본 발명의 일 실시예로 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기에서 설명되는 실시예 외에도 다양한 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다. 이를 참조해서 본 발명의 이차 전지를 설명하면 다음과 같다.

본 실시예의 이차전지는 원통형 또는 육면체 형상을 가지며 일부가 개방된 캔(11)에, 절연 물질인 세퍼레이터(21)를 사이에 두고 양극판(23) 및 음극판(22)을 권취해서 형성한 전극 조립체(20)를 삽입하고, 가스켓(32)을 매개로 캔(11)의 개방된 부분을 캡 조립체(30)로 밀봉한 형태로 이루어진다.

먼저, 캔(11)은 알루미늄이나 알루미늄 합금 물질을 부식 방지용 니켈로 도금한 도전성 금속재로 이루어지는데, 그 형상은 상기 전극 조립체(20)가 삽입 안착될 수 있는 공간이 형성된 원통형으로 형성됨이 바람직하나, 이에 한정될 필요는 없다.

다음으로, 전극 조립체(20)는 양극판(23)과 음극판(22) 사이에 세퍼레이터(21)를 개재하고, 이를 귄취해서 형성한 전극군(25)과, 상기 전극군(25)의 길이 방향 단부(도면에서는 위, 아래)에 형성된 무지부(23b, 22b)와 선택적으로 연결된 양, 음극 집전판(70, 50)을 포함해서 이루어진다. 이 전극 조립체(20)에 대해서는 아 래에서 자세히 설명한다.

한편, 도 1에서는 캔(11)에 젤리롤 타입의 전극 조립체(20)가 위치하는 경우를 예를 들어 도시하였으며, 이하에서도 이를 기준으로 설명하나 본 발명이 이에 한정되고자 함은 아니다.

그리고, 캡 조립체(30)는 외부 단자(31a)를 가지는 캡 플레이트(31)와, 상기 캔(11)과 상기 캡 플레이트(31)를 절연시키는 가스킷(32)을 포함하며, 캔의 개구부에 결합되어서 이차 전지의 양극을 형성하게 된다. 또한, 상기 캡 조립체(30)는 벤트를 더욱 포함해서 구성되는데 이 같은 캡 조립체(30)에 대해서는 후술한다.

상기 캡 조립체(30)는 리드선(60)을 통해서 전극 조립체(20)와 전기적으로 연결된다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조로 본 실시예에 따른 전극 조립체에 대해서 설명한다.

본 실시예에서, 전극 조립체는 양극판(23)과 음극판(22)을 교대로 권취해서 형성한 전극군(25)에, 선택적으로 양, 음극용 집전판을 부가해서 형성된다.

먼저, 전극군(25)에 대해서 도 2를 참조하면, 양극 및 음극용 활물질(23a, 22a)을 각각의 집전체(231, 221)에 코팅해서 양극판(23)과 음극판(22)을 구성하고, 이들을 횡권축(O)을 기준으로 감아 젤리롤(jelly roll) 타입으로 전극군(25)을 형성한다.

그리고, 양극판(23)과, 음극판(22) 각각에는 길이 방향의 단부, 즉 집전체(231, 221) 가장 자리(도면의 위, 아래)에 활물질이 도포되지 않은 무지부(23b, 22b)가 형성된다. 이때, 상기 무지부(23b, 22b)는 세퍼레이터(21)를 사이에 두고 양극과 음극이 서로 엇갈리게 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 무지부(23b, 22b)는 극판들(23, 22)이 권취될 때 위로(양극 집전판이 결합되는 방향)는 양극 무지부(23b)가 전극군 밖으로 나오도록 배치되고, 아래로는 음극 무지부(22b)가 나오도록 배치된다. 이에 따라, 전극군(25)의 위로는 양극 무지부(23b)가 돌출 형성되고, 아래로는 음극 무지부(22b)가 돌출된 형상을 이룬다.

이렇게 전극군(25)을 구성한 상태에서, 전극군(25)의 위로는 양극 집전판(70)을 무지부(23b)에 접촉되도록 올려놓고, 전극군(25)의 양극 무지부(23b)와 용접해서 고정시키는 것으로 전극 조립체(20)가 완성된다. 선택적으로는 음극 무지부(22b)에도 음극용 집전판이 더 부가될 수도 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 양극 집전판(70)은 판 상의 플레이트(71)와, 여기에서 돌기져 형성되는 접촉부(73)를 포함해서 형성된다. 여기서, 상기 접촉부(73)는 랜싱(lancing) 가공 등을 통해서 플레이트(71)에 일체로 형성될 수 있다.

이 같은 접촉부(73)는 집전판(70)과 후술하는 갭 조립체(30)를 리드선(60)을 매개로 바로 연결하므로 리드선(60)이 집전판(70)으로부터 쉽게 떨어지는 것을 방지해서 전지의 성능을 향상시킬 수가 있다.

또한, 상기 집전판(70)에는 복수의 홀(75, 77)을 구비하는 것이 바람직한데, 상기 홀(75)을 통해서 전해액을 주입시켜 극판들을 용이하게 함침시킬 수가 있다.

그리고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체의 단면 모습을 보여주고 있다.

본 실시예에서, 캡 조립체(30)는 전극 단자(31a)가 구비되는 캡 플레이트(31)와, 벤트(33a)가 형성되는 벤트 플레이트(33)를 포함해서 이루어진다.

그리고, 선택적으로는 상기 캡 플레이트(31) 및 벤트 플레이트(33) 사이에 위치해서 벤트 플레이트(33)를 지지하는 컬러(35)가 더 구비될 수도 있다.

먼저, 캡 플레이트(31)는 원형의 판 모양으로 형성되며, 가운데가 위로 돌기져 전극 단자(31a)로 이루어진다. 이 캡 플레이트(31)는 알루미늄 재질로 형성된다.

그리고, 상기 벤트 플레이트(33)는 얇은 판 모양으로 알루미늄 재질로 형성되는데, 용접을 통해서 상기 캡 플레이트(31)와 전기적으로 연결된다. 이에 따라서, 캡 플레이트(31)의 전극 단자가 형성되는 부분을 중심으로 빈 공간의 공간부(37)가 형성되게 된다.

한편, 동일 재질의 알루미늄으로 형성되는 캡 플레이트(31) 및 벤트 플레이트(33) 사이의 용접성을 개선하면서 상기 벤트 플레이트(33)를 구조적으로 지지하는 구리 재질의 컬러(35)가 캡 플레이트(31) 및 벤트 플레이트(33) 사이에 더 형성될 수 있다.

그리고, 본 실시예에 따라 벤트 플레이트의 중심에서 벗어난 부분에서 노치(notch) 형태로 벤트(vent)(33a)가 구비된다. 이때, 이 벤트(33a)는 공간부(37)에 대응하는 부분에서 형성되는 것이 바람직하다.

이처럼 형성되는 벤트(33a)는 소정의 압력하에 벤트 부분이 파단되면서 전지 내부에 차 있던 압을 밖으로 배출해 이차 전지가 폭발하는 것을 방지한다.

그리고, 상기 벤트 플레이트(33)의 중심에는 리드탭(81)에 고정되어 있다.(도 5 참조).

이처럼 벤트 플레이트(33)의 중심에 고정되어 있는 리드탭(81)은 리드선(60)을 통해 전극 조립체(20)의 양극 집전판(70)에 형성된 접촉부(73)와 서로 연결되는 것이 바람직하다.

한편, 도 6은 본 발며의 일 실시예에 따라 구성된 원통형 이차 전지를 보여주는 사시도이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예의 이차 전지는 상기 캔(11)의 개구부에 양극 무지부(23b)가 개구부를 향하도록 전극 조립체(20)가 삽입 안착된다. 이에 따라, 음극판(22)과 서로 연결되어 있는 집전판이 캔(11)의 바닥면에 접촉되고, 이 상태에서 음극 집전판(50)과 바닥면을 용접을 통해 고정하게 된다. 이에 따라, 캔(11)의 바닥면이 음극 단자(11a)를 형성하게 된다.

이 상태에서, 전해액을 캔(11)의 개구부를 통해서 캔 내부로 주입시켜 전극 조립체(20)를 함침시킨다.

또한, 상기 캔의 개구부 위로는 캡 조립체(30)를 위치시킨 상태에서 접전판(70)과 캡 조립체(30)에 구비된 리드탭(81)을 리드선(60)으로 서로 연결한다. 이때, 상기 리드탭(81)이 벤트(33a)에서 떨어져 형성되어 있기 때문에 기 설정된 압력하에서 벤트가 파단될 수가 있다.

한편, 캡 조립체(30)를 캔(11)의 개구부에 위치시킨 상태에서 캔(11)을 비딩 가공해 캡 조립체(30)를 캔(11)에 결합한다. 이에 따라, 캡 조립체(30)가 전지의 양극을 형성해서 본 실시예에 따른 이차 전지가 완성된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 상술한 문제점을 해결해서 벤트의 오작동을 방지할 수가 있어 전지의 동작 특성을 증대하는 효과가 있다. 또한, 집전체 구조로 형성되기 때문에 전류의 집전 효율을 증대할 수가 있으며, 집전체와 일체로 구성되는 접촉부로 인해서 리드선의 단선에 의한 제품의 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 세퍼레이터를 사이에 두고 횡권축을 따라 양극판과 음극판을 권취해서 이루어진 전극군;

   상기 전극군이 수납되는 캔; 및,

   상기 캔에 조립되어 상기 캔을 밀폐하며, 전극 단자가 구비되는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트의 아래에 설치되고 중심에 전극군과 연결되는 리드선이 설치되는 벤트 플레이트를 포함하는 캡 조립체;를 포함하고,

   상기 벤트 플레이트에는 상기 벤트 플레이트의 중심에서 벗어난 부분에 벤트(vent)가 형성되는 이차 전지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 리드선이 상기 캡 조립체에 부착되는 리드탭을 매개로 상기 캡 조립체와 연결되는 이차 전지.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 벤트가 상기 벤트 플레이트의 중심에서 벗어나 노치(notch)로 형성되고, 상기 리드선이 상기 벤트 플레이트의 중심에 연결되는 이차 전지.
5. 제1항에 있어서,

   상기 전극군의 양극판에 선택적으로 결합되는 집전판을 더 포함하고, 상기 집전판을 매개로 상기 전극군이 상기 캡 조립체에 연결되는 이차 전지.
6. 제5항에 있어서,

   상기 집전판은 판 상의 플레이트;와 상기 플레이트에서 돌기져 형성되는 접촉부를 포함하며, 상기 접촉부에 리드선이 연결되는 이차 전지.
7. 제1항에 있어서,

   상기 이차 전지가 모터 구동용인 이차 전지.
8. 이차 전지용 캡 조립체에 있어서,

   전극 단자가 구비되는 캡 플레이트; 및,

   상기 캡 플레이트에 고정되고, 벤트가 형성되는 판 상의 벤트 플레이트;를 포함해서 이루어지며,

   상기 벤트 플레이트의 중심에서 벗어나 벤트가 형성되고, 그 중심에는 리드선이 연결되는 이차 전지용 캡 조립체.
9. 제8항에 있어서,

   상기 캡 플레이트와 상기 벤트 플레이트 사이에는 빈 공간이 형성되고, 상기 벤트가 상기 빈 공간에 대응하게 형성되는 이차 전지용 캡 조립체.
10. 제8항에 있어서,

    상기 리드선이 상기 벤트 플레이트에 고정되는 리드탭을 통해서 연결되는 이차 전지용 캡 조립체.

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