KR100637445B1 - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극군의 무지부와 연결되는 탭과 단자 사이의 연결 구조를 개선하여 전지 내부로 전달되는 충격을 완충하고 전극군 유동에 대해 적절히 대응할 수 있도록, 세퍼레이터와, 이 세퍼레이터 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 탭을 매개로 상기 전극군의 무지부에 전기적으로 연결되는 외부단자가 설치되는 캡 조립체를 포함하고, 상기 탭은 상기 전극군의 무지부에 전기적으로 연결되는 접속부와, 상기 접속부에서 연장되어 상기 외부단자와 연결되고 접속부와 외부단자 사이에서 휘어져 형성된 완충부를 포함하는 이차 전지를 제공한다.

전극군, 탭, 단자, 접속부, 완충부

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 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 단자를 도시한 사시도이다.

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

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 단자를 도시한 정면도이다.

도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지의 단자를 도시한 측면도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 전지 내부로 전달되는 충격에 의해 탭이 파손되는 것을 방지할 수 있도록 된 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다.

최근들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있다.

저용량의 이차 전지는 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있다. 상기 이차 전지의 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다.

상기 이차 전지는 띠 상의 양, 음극 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하고 이를 와류 상으로 감거나 양극과 음극 및 세퍼레이터를 복수개로 적층한 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스의 개구부에 설치되어 이를 밀폐하고 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 외부 단자가 형성된 캡 조립체를 포함한다.

또한, 상기 양,음극 및 세퍼레이터가 감겨 구성된 전극군은 전지 작용시 양,음극에서 발생된 전류를 집전하기 위한 각각의 리드가 부착되며, 이 리드가 외부 단자와 연결되어 양,음극에서 발생된 전류를 외부 단자로 유도하게 된다.

또한, 대용량의 이른바 HEV(hybrid Electric Vehicle)용과 같은 전지에 있어서는 양,음극의 면적이 전지의 크기에 비례하여 커지고 그에 따른 저항 등을 고려하여 집전 면적을 극대화시킬 수 있도록 별도의 탭을 사용하게 된다.

그런데, 상기한 종래의 구조는 단자와 탭이 하나의 구조물로 강성체를 이루 고 특히, 상기 단자는 캡조립체 상에 고정됨에 따라 전지 외부로부터 이 전지에 충격 등이 가해지거나 전지 자체 구조적인 문제로 인해 이 전지 내부에 진동이 발생되면 그 충격이나 진동이 그대로 단자 및 탭과 탭이 부착되는 전극군으로 전달되고 이에 따라 전극군에서 탭이 탈락되거나 탭과 단자 사이가 떨어지는 문제가 발생된다.

이는 상기 전극군이 상기 케이스와의 사이에 형성되는 유격으로 인해 유동될 수 있기 때문으로, 상기 탭은 단자에 고정된 상태에서 유동이 제한되므로 상기 전극군의 유동에 의해 그 부착 상태가 훼손되고 심한 경우 그 부착 부위로부터 탈락되어 전지의 기능을 상실케 한다.

특히, 상기 이차 전지가 전동 청소기 또는 전동 스쿠터나 자동차용(전기 자동차 또는 하이브리드 자동차)의 모터 구동용의 대용량 이차 전지로서 적용되는 경우, 적용 장치가 갖는 외부 환경의 영향으로 자체 진동이나 외부 충격으로 인한 진동이 지속적으로 해당 전지에 가해질 수 있으므로 상기한 문제는 더욱 커지게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전극군의 무지부와 연결되는 탭과 단자 사이의 연결 구조를 개선하여 전지 내부로 전달되는 충격을 완충하고 전극군 유동에 대해 적절히 대응할 수 있도록 된 이차 전지를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이차 전지는

세퍼레이터와 이 세퍼레이터 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 탭을 매개로 상기 전극군의 무지부에 전기적으로 연결되는 외부단자가 설치되는 캡 조립체를 포함하고,

상기 탭은 상기 전극군의 무지부에 전기적으로 연결되는 접속부와, 상기 접속부에서 연장되어 상기 외부단자와 연결되고 접속부와 외부단자 사이에서 휘어져 형성된 완충부를 포함한다.

이에 따라 상기 탭은 외부단자와 접속부 사이의 완충부가 유연하게 휘어지면서 두 부재 사이의 간격을 가변시킬 수 있게 된다.

여기서 상기 이차 전지는 각형으로 이루어짐이 바람직하다.

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

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

한편, 본 발명은 무지부와 접하는 상기 탭의 접속부와 상기 완충부가 일체로 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 완충부는 얇은 판구조물로, 전체가 한 방향으로 휘어져 형성될 수 있으며, 그 휘어지는 방향은 전극군의 무지부쪽 또는 그 반대쪽일 수 있다.

또한, 상기 완충부는 외부단자와 접속부 사이의 길이방향을 따라 적어도 두 개 이상으로 분할될 수 있다.

또한, 상기 완충부는 분할된 적어도 두 개 이상의 각 부재가 이웃하는 부재간에 서로 엇갈린 방향으로 휘어진 구조일 수 있다.

또한, 상기 완충부는 일측에서 소정 각도로 절곡된 구조일 수 있다.

여기서 상기 완충부는 상기 외부 단자와 일체로 형성되거나 별도로 구비된 외부단자 일단과 용접으로 고정되는 구조일 수 있다.

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

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 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.

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

상기한 도면에 의하면, 본 이차 전지는 띠 모양의 양극(11)과 음극(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 적층된 상태에서 이들을 감아 젤리롤 형태로 형성한 전극군(14)과, 일단이 개방된 개구부를 이루고 내부에 상기 전극군(14)을 수용하는 공간부를 갖는 각형의 케이스(15)와, 상기 전극군(14)의 무지부(11a)에 끼워져 용접되고 선단에는 상기 캡 조립체쪽으로 연장되는 외부단자(16,17)가 부착되는 탭(20), 상기 케이스(15)의 개구부에 결합되어 이를 밀폐하며 상기 탭(20)에 부착된 외부단자(16,17)가 관통 설치되는 캡 조립체(30)를 포함한다.

여기서 상기 탭(20)은 외부단자(16,17)를 포함하여 단자 조립체를 이루어 상기 전극군(14)의 무지부(11a)와 외부단자(16,17)를 전기적으로 연결하게 된다.

또한, 도 2는 상기 이차 전지의 조립 상태를 도시하고 있다. 상기한 도면에 의하면, 전극군(14)의 양쪽 무지부(11a,12a)의 내측으로 상기 탭(20)의 접속부(21)가 끼워져 용접으로 부착설치되고 상기 탭(20)의 접속부(21) 상단으로는 상기 접속부(21)와 일체로 형성된 완충부(22)가 연장되고 이 완충부(22)의 선단은 외부단자(16,17) 하단에 형성된 플랜지에 용접으로 부착된다.

상기 탭(20)의 구조에 대해서는 뒤에서 다시 상세하게 설명하기로 한다.

여기서 상기 케이스(15)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작되고, 그 형상은 전극군(14)이 위치하는 내부 공간부를 가진 육면체 또는 그 이외의 형상으로 이루어진다.

그리고 상기 캡 조립체(30)는 상기 케이스(15)의 개구부에 기밀을 유지한 상태로 결합되어 케이스(15)를 밀폐하는 캡 플레이트(31)를 포함하며, 상기 캡 플레이트(31) 상에는 탭(20)에 설치되는 단자(16,17)가 관통되도록 단자구멍(32)이 형성된 구조로 되어 있다.

이에 상기 단자(16,17)는 상기 단자구멍(32)에 가스켓(40)을 매개로 끼워져 나사산이 형성된 단자에 너트(50)를 매개로 체결고정된다.

상기 전극군(14)은 각각의 활물질이 집전체에 코팅되어 구성된 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 구성으로 이루어지거나, 양극(11)과 세퍼레이터(13) 및 음극(12)이 적층된 상태에서 이들이 와류상으로 감겨 형성된 젤리롤 타입으로 이루어진다.

본 실시예에서는 각 탭(20)과 전기적으로 연결되는 무지부(11a)가 상기 전극군(14)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(14)은 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 활물질이 집전체에 코팅되어 구성된 양극(11)과 음극(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 적층된 상태에서 이들이 와류상으로 감겨 형성된 젤리롤 타입으로 이루어지며, 양극의 무지부(11a)와 음극(12)의 무지부(12a)가 전극군(14)의 양단에 대향 배치되어, 케이스(15)를 수직으로 세워 캡 조립체(30)가 상,하방향으로 놓여졌을 때를 기준(이하 설명에서 특별한 언급이 없는 한 이 기준을 따르도록 한다.)으로 케이스(15)의 양 측면에 전극군(14)의 무지부(11a,12a)가 위치할 수 있도록 내장설치되며, 전극군(14)의 양단의 무지부(11a,12a)에 각각 설치되는 탭(20)을 매개로 캡 조립체(30)의 양극단자(16)와 음극단자(17)가 전기적으로 연결된다.

한편, 본 실시예에 따른 상기 탭(20)에 대해 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 탭(20)은 전극군(14)의 무지부(11a,12a)에 끼워져 무지부와 용접으로 부착되는 접속부(21)와, 이 접속부 선단에 일체로 형성되고 외측 선단은 상기 단자(16,17)의 플랜지(18)에 용접으로 부착되는 완충부(22)를 갖춘 구조로 되어 있다.

그리고 상기 완충부(22)는 도 5에 도시된 바와 같이 접속부(21)와 외부 단자(16,17)의 플랜지(18) 사이에서 길이방향을 따라 중앙부가 절결되어 두 개로 분할되고, 분할된 각각의 부재가 상기 무지부쪽과 반대쪽으로 벌어져 원호형태로 만곡된 구조로 되어 있다.

본 실시예에서 상기 완충부(22)는 두 개의 부재로 분할된 구조인 경우를 예로서 설명하고 있으나 반드시 이에 한정된 것은 아니며 세 개나 네 개 등 두 개 이상의 개수로 분할된 구조일 수 있다.

상기와 같이 완충부(22)가 적어도 두 개 이상으로 분할된 경우 분할된 각 부재 중 이웃하는 부재간에는 휘어진 방향이 서로 반대가 되도록 하여 서로 엇갈리도록 되어 있다.

이에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 분할되어 서로 반대방향으로 만곡형성된 완충부(22)가 탄력적으로 휘어지면서 접속부와 외부 단자 사이의 간격을 유동적으로 가변시킬 수 있게된다.

여기서 상기 탭(20)의 접속부(21)는 케이스(15) 내부에 내장되는 전극군(14)의 무지부(11a,12a)와 용접으로 고정되고, 상기 외부단자(16,17)는 가스켓(40)과 너트(50)를 매개로 캡 플레이트(31)에 고정되어 있어서, 케이스에 대해 전극군이 유동되는 경우 상기 접속부(21)와 외부단자(16,17)를 연결하는 완충부(22)가 탄력적으로 휘어지면서 케이스(15)에 대해 전극군(14)의 움직임을 보상하게 된다.

이에 따라 케이스(15) 내에서 상기 전극군(14)이 유동되더라도 완충부(22)가 신축되면서 탭(20)의 접속부(21)가 전극군과 같이 움직이게 되어 접속부의 용접부위가 떨어지는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 6은 상기 이차 전지 탭의 또다른 실시예를 도시한 것으로, 상기 탭(20)은 전극군의 무지부(도 2의 11a,12a 참조)에 용접고정되는 접속부(21)와, 이 접속부(21) 선단에 일체로 형성되고 외부 단자(16,17)의 플랜지(18)에 연결되는 완충부(22)를 포함하며, 상기 완충부(22)는 접속부(21)와 외부 단자(16,17)의 플랜지(18) 사이에서 길이방향을 따라 중앙부가 절결되어 두 개로 분할되고, 분할된 각각의 부재는 중앙부가 소정각도를 두고 절곡되어 서로 반대방향으로 벌어진 구조로 되어 있다.

상기한 실시예에서 완충부(22)는 각도를 두고 꺽여진 구조를 제외하고는 이미 언급한 구종와 동일하며, 그 작용 역시 완충부(22)의 꺽여져 있는 부분이 탄력적으로 휘면서 케이스(15)에 대한 전극군(14)의 유동을 완충하여 탭의 접속부(21)가 전극군(14)의 무지부(11a,12a)에서 탈락되는 것을 방지하게 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, 이차전지에 가해지는 충격이나 진동에 의해 탭과 전극군 사이의 용접부위가 떨어지는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 이차전지에 가해진 외부 충격이나 진동이 케이스 내부의 전극군으로 전달되는 것을 적절히 완충하여 이차 전지의 내부 구성부의 파손이나 이상을 방지하고, 이에 따라 전지의 신뢰성을 높이고 전지의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 세퍼레이터와, 이 세퍼레이터 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군;

   상기 전극군이 내장되는 케이스;

   상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 탭을 매개로 상기 전극군의 무지부에 전기적으로 연결되는 외부단자가 설치되는 캡 조립체를 포함하고,

   상기 탭은 상기 전극군의 무지부에 전기적으로 연결되는 접속부와, 상기 접속부에서 연장되어 상기 외부단자와 연결되고 접속부와 외부단자 사이에서 휘어져 형성된 완충부를 포함하는 이차 전지.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 탭의 접속부와 상기 완충부가 일체로 형성된 이차 전지.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 완충부는 전체가 한 방향으로 휘어져 형성된 이차 전지.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 완충부는 외부단자와 접속부 사이의 길이방향을 따라 적어도 두 개 이상으로 분할된 이차 전지.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 완충부는 외부단자와 접속부 사이의 길이방향을 따라 적어도 두 개 이상으로 분할되고 분할된 각 부재가 이웃하는 부재간에 서로 엇갈린 방향으로 휘어진 구조의 이차 전지.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 완충부는 각도를 두고 절곡된 구조의 이차 전지.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 완충부는 상기 외부 단자와 일체로 형성되는 이차 전지.
8. 제1 항에 있어서,

   상기 이차 전지는 모터 구동용인 이차 전지.

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