KR100649218B1 - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이차전지는 공정을 단순화하고 부품수를 감소시킴으로써 생산비용을 절감할 수 있도록, 세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군과, 두 개의 판부재로 이루어지고 적어도 어느 하나의 판부재는 상기 전극군이 삽입되는 홈부가 형성되는 케이스, 및 상기 전극군과 전기적으로 연결되며 상기 케이스의 외측으로 돌출되는 외부 단자를 포함한다.

이차 전지, 판부재, 절연부, 홈부

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 도시한 분해 사시도이다.

도 3은 도 2의 부품들이 조립된 상태를 나타내는 이차전지의 사시도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 외부 단자와 절연부를 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 도시한 분해 사시도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는 케이스의 구조를 개선한 이차전지에 관한 것이다.

이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되 고 있으며, 상기한 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 전지를 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지로 구성된다.

또한, 하나의 대용량 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지모듈이라 칭한다)는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 단위 전지라 칭한다)로 이루어진다.

상기 각각의 단위전지는 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극군과 상기 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 플레이트, 상기 전극군과 전기적으로 연결되어 상기 캡 플레이트에 형성된 단자 삽입구에 삽입되어 외측으로 돌출되는 양극단자와 음극단자, 및 상기 단자 삽입구에 끼워져 내밀성을 보장하는 개스킷을 포함한다.

상기 각각의 단위전지는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군, 상기 전극군이 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트에 삽입되고 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 양,음극 단자를 포함한다.

여기서 상기 케이스는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다. 그리고 각형의 전지는 일측이 개구된 육면체 형태의 케이스와 상기 개구부를 막는 캡 플레이트와 캡 플레이트에 설치되는 외부 단자로 이루어진다. 또한, 캡 플레이트에는 관통공이 형성되어 외부 단자가 관통공을 통해서 외측으로 돌출되고, 외부 단자에 너트가 체결되어 외측에서 고정된다.

그러나 이러한 구조의 단위 전지는 많은 부품을 요하고, 여러 단계의 복잡한 공정을 거쳐서 제작되므로 생산비용이 증가하는 문제점이 있다.

특히, 하이브리드 전기 자동차 등에 사용되는 대용량의 전지 모듈에는 많게는 수십 개의 단위전지가 장착되므로, 하나의 단위전지를 생산하는 비용이 감소하게되면, 전지모듈 전체의 생산비용은 큰 폭으로 감소된다. 따라서 이러한 단위전지의 생산비용을 감소시키는 것은 무엇보다 중요하다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 구조를 단순화하여 생산비용을 절감할 수 있는 이차 전지를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이차전지는 두 개의 판부재가 부착되어 케이스를 형성한다.

또한, 본 발명에 따른 이차 전지는 세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군과, 두 개의 판부재로 이루어지고, 적어도 어느 한 판부재는 상기 전극군이 삽입되는 홈부가 형성되는 케이스, 및 상기 전극군과 전기적으로 연결되며 상기 케이스의 외측으로 돌출되는 외부 단자를 포함한다.

여기서 상기 전극 단자는 상기 판부재 사이에 끼워질 수 있다.

상기 판부재는 두 개 모두에 홈부가 형성될 수 있으며, 두 개의 판부재가 동 일한 형태로 형성될 수 있다

상기 판부재는 외부 단자가 끼워지는 단자 홈을 더 포함할 수 있으며, 이러한 단자 홈은 호 형태로 함몰 형성될 수 있다.

그리고 상기 외부 단자는 단자 홈에 끼워지는 부분에 절연층이 설치될 수 있다. 또한, 상기 절연층의 외측에는 상기 절연층을 보호하는 덮개체가 설치될 수 있다.

상기 판부재들은 용접으로 부착되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 덮개체는 상기 판부재에 용접으로 고정될 수 있다.

여기서 상기 이차 전지(또는 전지 모듈)는 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, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다. 상기한 도면을 참조하여 설명하면, 상기 단위전지(10)는 양극(11)과 음극(12) 사이에 절연체인 세퍼레이터(13)를 개재하여 귄취된 전극군(15), 상기 전극군(15)이 내장되는 홈이 형성된 두 개의 판부재(도 2의 16, 17 참조)로 이루어지는 케이스(19), 상기 전극군(15)과 전기적으로 연결되며 판부재 사이에 끼워져 케이스(19)의 외측으로 돌출되는 양극 단자(21)와 음극 단자(22)로 이루어지는 외부 단자를 포함한 다.

그리고 상기 양극(11) 및 음극(12)은 박판의 금속호일로 형성된 집전체에 활물질이 도포된 영역인 코팅부와 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부(11a, 12a)를 포함한다. 상기 무지부(11a, 12a)는 고출력 이차전지(10)의 경우 양극(11) 및 음극(12)의 길이방향을 따라 양극(11) 및 음극(12)의 측면에 형성된다. 그리고 상기 양극(11) 및 음극(12)은 절연체인 세퍼레이터(13)를 중심에 개재하여 적층되며 권취롤 등을 이용해서 권취되어 젤리-롤 형태의 전극군(15)을 이루게 된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.

상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 상기 케이스(19)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 이루어진 두 개의 판부재(16, 17)로 형성된다.

그리고 상기 판부재들(16, 17)은 상부 판부재(17)와 하부 판부재(16)로 이루어지고, 상부 판부재(17)와 하부 판부재(16)는 동일한 형태로 형성된다. 즉, 상부 판부재(17)와 하부 판부재(16)는 전극군(15)이 삽입될 수 있도록 중앙에 형성된 홈부(16a, 17a)와 외부 단자(21, 22)가 끼워지는 단자 홈(16b, 17b)을 포함한다.

상기 홈부(16a, 17a)는 직사각형 단면으로 함몰된 구조로 이루어진다.

그리고 상기 단자 홈(16b, 17b)은 상기 판부재들(16, 17)의 한쪽 면의 가장자리에 각각 형성된다. 그리고 상기 단자 홈(16b, 17b)은 판부재(16, 17)의 단부에서 상기 홈부(16a, 17a)까지 이어져 형성된다.

도 2에서는 단자 홈(16b, 17b)이 호(弧) 형태로 함몰된 것으로 예시하고 있 지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 외부 단자(21, 22)는 전극군(15)과 전기적으로 연결되며, 일측단이 케이스(19)의 외측으로 돌출된다. 도 2에서는 상기 외부 단자(21, 22)가 전극군(15)과 직접 접촉하는 것으로 예시하고 있지만 상기 외부 단자(21, 22)가 이러한 구조에 한정되는 것은 아니며, 별개의 리드 부재에 의하여 전극군(15)과 전기적으로 연결될 수도 있다.

그리고 상기 외부 단자(21, 22)는 단자 홈(16b, 17b)에서 판부재(16, 17)와 전기적으로 절연될 수 있도록 단자 홈(16b, 17b)에 끼워지는 부분에 절연층(24)이 설치된다. 또한 상기 절연층(24)의 외측에는 상기 절연층(24)을 보호하는 덮개체(25)가 설치된다.

도 3은 본 발명의 도 2의 부품들이 조립된 상태를 도시한 이차 전지의 사시도이다.

상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 상기 케이스(19)는 두 개의 판부재(16, 17)로 이루어지고, 상기 판부재들(16, 17)이 용접으로 서로 부착되어 케이스(19)를 형성한다.

여기서 상기 판부재들이 용접되는 용접부는 상기 판부재들이 맞닿는 상기 판부재들의 옆면에 형성되며, 상기 판부재들(16, 17) 사이의 기밀이 유지될 수 있도록 상기 판부재들(16, 17)의 옆면을 따라 연속적으로 형성된다.

그리고 본 실시예에 따른 상기 판부재들을 용접하는 방법에 대해서는 제한하지 않으며, 레이저 용접, 아크 용접, 심 용접 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있 다.

본 실시예에서와 같이 두 개의 판부재들(16, 17)을 용접으로 접합하여 케이스(19)를 형성하고, 용접 시에 외부 단자(21, 22)가 케이스(19) 사이에 끼워져 용접되므로, 상기 외부 단자(21, 22)와 케이스(19) 사이에 설치되는 개스킷 및 플랜지 등의 부품들이 제거될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 외부 단자(31)와 이에 설치된 절연층(34)을 도시한 사시도이다.

본 실시예에 따른 외부 단자(31)는 사각 막대 형상으로 형성되고, 케이스의 내부에 위치하는 부분이 짧게 형성된다. 따라서 상기 외부 단자(31)는 별개의 리드 부재에 의하여 전극군과 전기적으로 연결될 수 있다.

그리고 도 5에서는 상기 외부 단자(31)가 사각 막대 형상으로 이루어진 것으로 예시하고 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 외부 단자(31)는 원형의 단면을 가진 막대로 이루어질 수도 있다.

상기 외부 단자(31)에는 케이스와 절연될 수 있도록 절연층(34)이 설치된다. 그리고 상기 절연층(34)의 외측에는 상기 절연층(34)을 보호하는 덮개체(35)가 설치된다.

여기서 상기 절연층(34)이 형성되는 과정을 살펴보면, 먼저 외부 단자(31)가 덮개체(35)에 끼워지고, 이 상태에서 외부 단자(31)와 덮개체(35) 사이로 절연액이 주입된다. 그리고 이러한 절연액이 외부 단자(31)와 덮개체(35) 사이에서 응고되어 절연층(34)을 형성하게 된다.

본 실시예에서와 같이 외부 단자(31)는 절연층(34)에 감싸져 판부재 사이에 설치되므로 판부재들과 절연될 수 있다.

또한, 절연층(34)의 외측에 덮개체(35)가 설치되므로, 판부재들이 용접될 때, 단자 홈에서 상기 덮개체(35)가 상기 판부재들과 용이하게 용접될 수 있다. 상기 절연층(34)은 실리콘 등이 용융된 절연액이 응고되어 형성되므로 상기 절연층(34)이 외부 단자(31)와 덮개체(35) 사이를 밀봉시키게 된다.

도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다. 본 실시예에 따른 이차 전지(40)는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 전극군(45)과 상기 전극군(45)이 내장될 수 있도록 홈(45a)이 형성된 하부 판부재(46)와 상기 하부 판부재(46)와 결합되는 상부 판부재(47)로 이루어지는 케이스(49), 및 상기 전극군(45)과 전기적으로 연결되어 상기 케이스(49)의 외측을 돌출되는 양극 단자(41)와 음극 단자(42)로 이루어지는 외부 단자를 포함한다.

하부 판부재(46)에는 중앙에 전극군(45)이 삽입되는 홈부(46a)가 형성되고, 상부 판부재(45)는 평판 형태로 이루어진다. 그리고 이러한 상부 판부재(47)와 하부 판부재(46)가 결합되어 케이스(49)를 형성하게 된다.

또한, 상기 하부 판부재(46)에는 외부 단자(41, 42)가 끼워지는 단자 홈(46b)이 형성된다. 이러한 단자 홈(46b)에 끼워지는 외부 단자(41, 42)의 부분에는 상기 판부재들(46, 47)과 외부 단자(41, 42)가 전기적으로 절연될 수 있도록 절연층(44)이 설치된다. 그리고 상기 절연층(44)의 외측에 는 상기 절연층(44)을 보호하는 덮개체(43)가 설치된다. 여기서 상기 덮개체(43)는 단자 홈(46b)과 접하는 부분은 볼록하게 형성되고 상부 판부재(47)와 접하는 부분은 평평하게 형성된다.

본 실시예와 같이 일측 판부재(46)에만 홈부(46a)가 형성된 경우에는 하나의 판부재만 가공하여 홈부(46a)와 단자 홈(46b)을 형성하면 되므로, 작업공정은 더욱 감소된다.

본 발명의 이차전지는 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 있으며 반드시 그 용도가 이에 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.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 이차 전지의 구조가 단순화되어 불필요한 공정이 제거될 수 있으며, 부품수가 감소되어 이차 전지의 생산비용을 감소시킬 수 있다.

또한, 외부 단자와 판부재가 접하는 부분에 절연층이 형성되어 판부재와 외부 단자를 절연시킬 수 있으며, 절연층의 외측에 덮개체가 설치되어 절연층을 손상시키지 않으면서 상기 덮개체가 판부재와 용이하게 용접될 수 있다.

Claims (11)

1. 세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군;

   두 개의 판부재로 이루어지고, 적어도 어느 하나의 판부재는 상기 전극군이 삽입되는 홈부가 형성되는 케이스; 및,

   상기 전극군과 전기적으로 연결되며 상기 케이스의 외측으로 돌출되는 외부 단자;

   를 포함하는 이차 전지.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 외부 단자는 상기 판부재 사이에 끼워지는 이차 전지.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 케이스는 양측 판부재에 홈부가 형성되는 이차 전지.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 판부재들은 용접으로 부착되는 이차 전지.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 판부재는 상기 외부 단자가 끼워지는 단자 홈을 포함하는 이차 전지.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 단자 홈은 호(弧) 형태로 함몰 형성되는 이차 전지.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 외부 단자는 상기 단자 홈에 끼워지는 부분에 절연층이 설치되는 이차 전지.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 절연층의 외측에는 상기 절연층을 보호하는 덮개체가 설치되는 이차 전지.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 절연층은 절연액이 응고되어 형성되는 이차 전지.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 덮개체는 상기 판부재에 용접으로 고정되는 이차 전지.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 이차 전지는 모터 구동용인 이차 전지.

Images