KR100599694B1 - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극군의 무지부와 연결되는 탭의 구조를 개선하여 용접성과 더불어 전기 전도성을 확보할 수 있도록, 세퍼레이터와, 이 세퍼레이터 양면에 배치되는 양극판과 음극판을 포함하는 전극군, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 전극군의 무지부에 끼워져 무지부의 양 측면에 접하는 탭, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 탭에 연결된 단자가 결합되는 캡 조립체을 포함하는 이차 전지를 제공한다.

전극군, 무지부, 탭, 접합부, 연결부, 단자

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 조립 상태를 도시한 부분 절개 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 전극 단자 조립 상태를 도시한 측 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 다른 이차 전지의 전극 단자를 도시한 사시도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집전 효율을 개선할 수 있도록 된 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로써, 최근들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저 용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원의 경우에는 상기 전지 셀을 수십 개 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.

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 감아 전극군(또는, 젤리롤)을 형성하거나, 양극판과 음극판 및 세퍼레이터를 복수개로 적층하여 전극군을 형성한 후 이를 케이스에 내장 설치하고, 상기 케이스에 외부 단자가 형성된 캡 조립체를 설치하여 전지를 구성한다.

또한, 상기 양,음극판 및 세퍼레이터가 감겨 구성된 전극군의 경우, 양,음극판에는 전지 작용시 양,음극판에서 발생된 전류를 집전하기 위한 각각의 리드가 부착되며, 이 리드가 외부 단자와 연결되어 양,음극판에서 발생된 전류를 외부 단자로 유도하게 된다.

또한, 대용량의 이른바 HEV(hybrid Electric Vehicle)용과 같은 전지에 있어서는 양,음극판의 면적이 전지의 크기에 비례하여 커지고 그에 따른 저항 등을 고려하여 집전 면적을 극대화시킬 수 있도록 별도의 탭을 사용하게 되며, 일본공개특허 제2000-40501호의 경우 각형의 이차 전지에 있어서 탭에 의한 전극군의 무지부와 단자의 연결 구조를 개시하고 있다.

그런데, 상기한 종래의 구조는 탭이 무지부와 용접으로 부착되는 과정에서 용접 불량이 발생하거나 전기 전도성이 저하되는 문제점이 있다.

예컨대 상기 탭이 두꺼운 경우 무지부와 용접성이 떨어져 용접 불량이 발생될 수 있으며 용접 출력을 높이는 경우 얇은 재질의 무지부가 찢어질 우려가 있다.

또한, 탭이 얇은 경우에는 용접은 제대로 이루어지나 전기전도성이 떨어져 원하는 전지 특성을 얻기 힘들다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전극군의 무지부와 연결되는 탭의 구조를 개선하여 용접성과 더불어 전기 전도성을 확보할 수 있도록 된 이차 전지를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 무지부에 연결되는 탭이 무지부의 양면을 감싸는 구조로 되어 있다.

이를 위해 본 발명의 이차 전지는 세퍼레이터와, 이 세퍼레이터 양면에 배치되는 양극판과 음극판을 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 전극군의 무지부에 끼워져 무지부의 양 측면에 접하는 탭, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 탭에 연결된 단자가 결합되는 캡 조립체를 포함한다.

상기 탭은 상기 무지부의 외형과 대응되는 형태로 형성됨이 바람직하다.

여기서 상기 이차 전지는 각형으로 이루어짐이 바람직하며, 이에 따라 상기 전극군은 젤리롤 형태로 감기고 납작하게 눌려져 평탄한 부분인 평면부와 둥글게 절곡된 부분인 굴곡부가 형성되며 상기 굴곡부를 진행방향으로 하여 각형의 케이스 내에 내장된다.

또한, 상기 전극군을 이루는 상기 양,음극판은 집전체와 활물질이 코팅된 코팅부와, 코팅되지 않은 무지부로 이루어지는 데, 본 이차 전지의 경우 상기 무지부는 각 극판의 일측단을 따라 연속적으로 형성되며, 상기 양극판과 음극판에 대해 서로 대향하는 방향으로 배치되어 전극군의 양단을 이루도록 함이 바람직하다.

더욱 바람직하게는 캡 조립체가 상부를 향하도록 케이스를 세웠을 때 음극판의 무지부와 양극판의 무지부가 케이스의 양 측면에 배치되도록 하여 상기 양,음극판의 무지부와 탭을 매개로 전기적으로 연결되는 단자가 캡 조립체 위로 돌출되도록 한다.

여기서 상기 탭은 상단에 상기 단자가 일체로 형성됨이 바람직하다.

이에 상기 탭은 상기 무지부의 양 측면에 접하는 접합부와, 상기 접합부 상부에 일체로 형성되는 연결부를 포함하며, 상기 연결부 상단에는 상기 단자가 일체로 돌출 형성된 구조로 되어 있다.

또한, 상기 접합부는 길이방향으로 갈라져 두 개로 분리되고 갈라진 내주면은 상기 전극군의 무지부와 대응되는 형태를 이뤄 무지부의 양 측면에 접하는 구조로 되어 있다.

여기서 상기 접합부는 상기 연결부에서 끝단으로 갈수록 그 두께가 점차적으로 얇아지도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 접합부는 상기 전극군의 무지부와 용접으로 부착됨이 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

한편, 본 발명에 따른 전극단자는 하단에 전극군의 무지부에 접하는 탭이 일체로 형성되고 상기 탭은 상기 무지부의 양 측면에 접하는 접합부와, 상기 접합부 상부에 일체로 형성되는 연결부를 포함하며, 상기 연결부 상단에는 상기 단자가 일체로 돌출 형성된 구조로 되어 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다.

상기 도면은 전극군의 일측 선단에 대해서만 도시되어 있으나 다른 쪽 선단 또한 동일한 구조로 이루어지며, 이하 설명에서는 양극쪽 선단에 대해서만 설명하기로 한다.

상기한 도면에 의하면, 본 이차 전지는 띠 모양의 양극판(11)과 음극판(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 적층된 상태에서 이들을 감아 젤리롤 형태로 형성한 전극군(10)과, 일단이 개방된 개구부를 이루고 내부에 상기 전극군(10)을 수용하는 공간부를 갖는 각형의 케이스(14)와, 상기 전극군(10)의 무지부(11a)의 양 측면에 끼워져 용접되고 선단에는 상기 캡 조립체쪽으로 연장되는 단자(32)가 형성된 탭(20), 상기 케이스(14)의 개구부에 결합되어 이를 밀폐하며 상기 탭(20)에 형 성된 단자(32)가 관통 설치되는 캡 조립체(30)를 포함한다.

여기서 상기 탭(20)은 단자(32)와 일체로 형성되는 연결부(22)와 이 연결부(22) 하단에 연장형성되어 상기 전극군(10)의 무지부(11a) 양 측면을 감싸면서 무지부(11a)에 접하는 접합부(21)로 이루어지는 데, 상기 탭의 구조에 대해서는 뒤에 다시 설명하기로 한다.

또한, 도 2는 상기 이차 전지의 조립 상태를 도시하고 있다. 상기한 도면에 의하면, 전극군(10)의 양쪽 무지부(11a,12a)의 측면에 탭(20)의 접합부(21)가 접하여 용접으로 부착설치되고 상기 탭(20)의 상단에는 일체로 형성된 단자(32,33)가 캡 플레이트(31)의 단자구멍(34)을 통해 외부로 노출된다.

여기서 상기 케이스(14)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작되고, 그 형상은 전극군(10)이 위치하는 내부 공간부를 가진 육면체 또는 그 이외의 형상으로 이루어진다.

그리고 상기 캡 조립체(30)는 상기 케이스(14)의 개구부에 기밀을 유지한 상태로 결합되어 케이스(14)를 밀폐하는 캡 플레이트(31)를 포함하며, 상기 캡 플레이트(31) 상에는 탭(20)에 설치되는 단자(32,34)가 관통되도록 단자구멍(34)이 형성된 구조로 되어 있다.

상기 전극군(10)은 각각의 활물질이 집전체에 코팅되어 구성된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 구성으로 이루어지거나, 양극판(11)과 세퍼레이터(13) 및 음극판(12)이 적층된 상태에서 이들이 와류상으로 감겨 형성된 젤리롤 타입으로 이루어진다.

본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 젤리롤 타입으로 감아진 전극군(10)이 납작하게 눌려져 자체적으로 평탄한 부분인 평면부(10a)와 둥글게 절곡된 부분인 굴곡부(10b)를 형성하게 되며 상기 굴곡부(10b)를 진행방향으로 하여 각형의 케이스 내에 내장된 구조로 되어 있다.

또한, 본 실시예에서는 각 탭(20)과 전기적으로 연결되는 무지부(11a)가 상기 전극군(10)을 이루는 각 극판(11,12)의 일 측단을 따라 형성된 구조를 예로써 설명한다. 물론, 본 발명은 상기 구조에 한정되지 않으며 전지의 형상이나 무지부의 구조에 관계없이 모두 적용가능하다 할 것이다.

이에 본 실시예에 따라 상기 이차 전지를 이루는 전극군(10)은 각각의 활물질이 집전체에 코팅되어 구성된 양극판(11)과 음극판(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 적층된 상태에서 이들이 와류상으로 감겨 형성된 젤리롤 타입으로 이루어지며, 양극판의 무지부(11a)와 음극판의 무지부가 전극군(10)의 양단에 대향 배치되어, 케이스(14)를 수직으로 세워 캡 조립체(30)가 상,하방향으로 놓여졌을 때를 기준(이하 설명에서 특별한 언급이 없는 한 이 기준을 따르도록 한다.)으로 케이스(14)의 양 측면에 전극군(10)의 무지부(11a)가 위치할 수 있도록 내장설치되며, 전극군(10)의 양단의 무지부(11a)에 각각 설치되는 탭(20)을 매개로 캡 조립체(30)의 양극단자(32)와 음극단자(33)가 전기적으로 연결된다.

한편, 본 실시예에 따른 상기 탭(20)에 대해 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 탭(20)은 포크 형태로 갈라져 내측면이 각각 상기 전극군(10)의 무지부 (11a,12a)양 측면에 접하는 접합부(21)와, 상기 접합부(21) 상부에 일체로 형성되어 상기 접합부(21)로 전달된 전류가 집전되고 상단에는 상기 단자(32,33)가 일체로 형성되는 연결부(22)를 포함하는 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 접합부(21)는 무지부(11a,12a)의 양 측면으로 끼워져 접하게 되는 데, 이때 무지부(11a,12a)와 상기 접합부(21)의 내주면과의 원활한 접촉을 위해 상기 접합부(21)의 내주면은 상기 전극군의 무지부(11a,12a)와 대응되는 형태를 이뤄 무지부(11a,12a)의 양 측면에 접하는 구조로 되어 있다.

즉, 상기 전극군(10)은 각형의 전지에 맞춰 납작하게 눌려짐에 따라 상기 무지부(11a,12a) 또한 평탄한 면과 절곡되어 굽어진 면을 가지게 되며 상기 접합부(21)의 내주면은 상기 무지부(11a,12a)의 굽어진 면과 대응되도록 둥그렇게 형성되어 전체 면이 무지부(11a,12a)와 접할 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 접합부(21)는 상기 연결부(22)에서 끝단으로 갈수록 그 두께가 점차적으로 얇아지는 구조로 되어 있다.

보다 구체적으로 상기 접합부(21)는 끝단으로 갈수록 점차적으로 두께가 얇아지다 끝단에서부터 약 2~3cm 부분은 그 두께가 0.15 ~0.2mm가 되도록 한다.

상기 접합부(21)의 끝단은 상기 무지부(11a,12a)와 용접으로 부착되는 부분으로 접합부(21)의 끝단이 상기와 같은 두께를 유지함에 따라 용접성을 높일 수 있게 된다.

여기서 상기 양극 무지부(11a,12a)(11a,12a)와 탭의 접합부(21)와의 결합은 공지의 저항 용접, 초음파 용접 또는 레이저 용접에 의해 이루어질 수 있다.

그리고 탭(20)의 연결부(22) 상단에는 캡 조립체(30) 쪽으로 소정길이 연장되는 단자(32)가 일체로 형성되어 캡 플레이트(31)에 설치되어 있는 단자구멍(34)을 통해 캡 플레이트(31) 외측으로 돌출된다.

이와같이 탭(20)을 무지부(11a,12a)의 양측면에 접하도록 설치함으로써 접촉면적의 증대로 집전율을 높일 수 있으며 무지부와의 양호한 용접으로 탭이 분리되거나 용접불량이 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기한 본 발명의 이차 전지는, 고출력/대용량을 요구받는 HEV용 전지에 있어서, 탭의 보호에 효과적으로 사용될 수 있으나, 반드시 그 용도가 HEV용으로만 한정되는 것은 아니다.

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, 전극군의 무지부와 탭의 접촉면적을 극대화시킴으로써 집전효율을 높여 출력 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 전극군의 각 부위로부터 발생된 전류를 실질적으로 균일하게 인출할 수 있으며 이에 따라 고출력/대용량이 요구되는 모터 구동용 전지의 특성을 만족시킬 수 있게 된다.

또한, 탭의 무게를 최소화함과 더불어 무지부와의 용접성을 개선하여 출력 밀도를 높일 수 있게 된다.

Claims (9)

1. 세퍼레이터와, 이 세퍼레이터 양면에 배치되는 양극판과 음극판을 포함하는 전극군;

   상기 전극군이 내장되는 케이스;

   상기 전극군의 무지부에 끼워져 무지부의 양 측면에 접하는 탭;

   상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 탭에 연결된 단자가 결합되는 캡 조립체;

   을 포함하는 이차 전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 탭은 두 개로 갈라져 상기 무지부의 양 측면에 접하는 접합부와, 상기 접합부 상부에 일체로 형성되는 연결부를 포함하는 이차 전지.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 탭에 상기 단자가 일체로 형성된 이차 전지.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 접합부는 내주면이 상기 전극군의 무지부와 대응되는 형태로 이루어지는 이차 전지.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 상기 접합부는 상기 연결부에서 끝단으로 갈수록 그 두께가 점차적으로 얇아지는 이차 전지.
6. 제 5 항에 있어서 상기 접합부는 끝단 2~3cm 부분의 두께가 0.15 ~ 0.2mm인 이차 전지.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 접합부 끝단이 상기 무지부에 용접으로 부착되는 이차 전지.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 이차 전지는 각형인 이차 전지.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 이차 전지는 모터 구동용인 이차 전지.

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