KR100658681B1 - 이차 전지와 이차 전지의 단자 - Google Patents

이차 전지와 이차 전지의 단자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차 전지의 단자를 통해 전해액을 주입할 수 있도록 하여 전해액의 누수를 방지할 수 있도록, 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 단자가 구비되는 캡 조립체를 포함하고, 상기 각 단자 중 적어도 하나의 단자는 전해액 주입을 위한 전해액 주입구가 관통형성된 이차 전지를 제공한다.
케이스, 캡 플레이트, 단자, 주입구, 마개

Description

이차 전지와 이차 전지의 단자{SECONDARY BATTERY AND TERMINAL OF SECONDARY BATTERY}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 단자 구조를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 전해액 주입 과정을 도시한 개략적인 단면도이다.
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 단자의 구조를 개선한 이차 전지와 이차 전지의 단자에 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.
하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지는 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 상기 전지 셀을 수십개 직렬 또는 병렬로 연결한 대용량의 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용된다.
상기 이차 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트로 돌출되고 상기 전극 조립체에 구비된 양,음극과 전기적으로 연결되는 양,음극 단자를 포함한다.
또한, 상기 이차 전지는 상기 전극 조립체의 형태나 케이스의 형태에 따라 원통형이나 각형 등 여러 가지 형상으로 제조되고 있으며, 적용되는 기기에 따라 알맞게 선택되어 사용된다.
상기한 구조의 이차 전지는 캡 플레이트에 케이스 내부로 전해액이 주입되는 통로를 제공하는 전해액 주입구가 형성되어 있고, 상기 전해액 주입구에는 밀폐부재가 레이저 용접으로 결합되어 내부의 전해액이 외부로 유출되는 것을 방지하게 된다.
그런데 상기와 같은 종래의 전해액 주입구조는 캡 플레이트에 전해액 주입구가 형성됨에 따라 전해액 주입시 주변이 오염될 소지가 높다는 문제점이 있다.
이는 상기 캡 플레이트가 얇은 두께로 이루어지고 케이스 내부 공간이 좁기 때문으로, 캡 플레이트에 형성된 전해액 주입구로 전해액 주입용 노즐이 케이스 내부로 충분히 깊이 삽입되지 못한 상태에서 전해액이 주입됨으로써 노즐로부터 토출 된 전해액이 상기 주입구 주변을 오염시키게 되는 것이다.
이에 따라 주입구 주변이 오염됨으로써 전해액 주입구를 막는 밀폐부재를 주입구에 용접하는 과정에서 상기 밀폐부재가 주입구에 제대로 용접되지 못하여 용접불량이 발생하게 된다.
이와같이 전해액 주입구에 대한 밀폐성이 보장되지 못함으로써 케이스 내부에 주입된 전해액이 전해액 주입구를 따라서 외부로 누수되는 현상이 발생되며, 이는 전지의 신뢰성을 저하시키는 결과를 초래하게 된다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이차 전지의 단자를 통해 전해액을 주입할 수 있도록 하여 전해액의 누수를 방지할 수 있도록 된 이차 전지와 이차 전지의 단자를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이차 전지의 단자 내측으로 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구가 관통 형성된 구조로 되어 있다.
이를 위해 본 발명의 이차 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 단자가 구비되는 캡 조립체를 포함하고, 상기 각 단자 중 적어도 하나의 단자는 내측에 전해액 주입을 위한 전해액 주입구가 관통형성된 구조로 되어 있다.
여기서 상기 주입구의 크기는 전해액 주입용 노즐이 충분히 삽입될 수 있는 정도의 크기면 특별히 한정되지 않는다.
또한, 상기 이차 전지는 케이스가 각형으로 이루어진 각형의 이차 전지임이 바람직하다. 물론, 각형의 이차 전지 이외에도 별도의 전해액 주입구가 구비되어 전해액을 주입하는 구조면 모두 적용 가능하다.
또한, 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 양극판과 음극판에 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.
또한, 본 발명의 이차 전지는 상기 단자에 형성된 전해액 주입구를 밀봉시키기 위한 밀봉수단을 더욱 포함할 수 있다.
상기 밀봉수단은 상기 단자의 선단에 끼워지는 마개로 이루어질 수 있다.
상기 마개는 상기 전해액 주입구와 대응되는 단면형태로 이루어지고 그 크기는 전해액 주입구보다 약간 크게 형성되어 상기 전해액 주입구에 억지끼움식으로 끼워질 수 있다.
또한, 상기 마개와 상기 단자는 용접으로 부착될 수 있다.
또한, 상기 밀봉수단은 단자의 주입구 내부에 충진되는 납땜 등의 충진재로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 단자는 캡조립체에 형성된 홀을 통해 외부로 돌출되도록 길게 연장되며, 케이스 내부에 위치하는 하단에는 플랜지가 외측으로 돌출 형성되고 전극군의 무지부에 연결되는 탭이 설치되며, 내측으로 전해액 주입을 위한 주입구가 관통형성된 구조로 되어 있다.
여기서 상기 단자는 외주면에 너트가 체결되는 나사산이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 단자는 상기 주입구를 밀봉시키기 위한 밀봉수단을 더욱 포함할 수 있다.
상기 밀봉수단은 상기 단자의 선단에 끼워지는 마개로 이루어질 수 있다.
상기 마개는 상기 전해액 주입구와 대응되는 단면형태로 이루어지고 그 크기는 전해액 주입구보다 약간 크게 형성되어 상기 전해액 주입구에 억지끼움식으로 끼워질 수 있다.
또한, 상기 마개와 상기 단자는 용접으로 부착될 수 있다.
또한, 상기 밀봉수단은 단자의 주입구 내부에 충진되는 납땜 등의 충진재로 이루어질 수 있다.
한편, 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 전지를 도시한 개략적인 단면도이다.
이하 실시예에서는 캡 조립체를 이루는 캡 플레이트 상에 외부 단자인 양극단자와 음극단자가 설치된 각형의 이차 전지에 대해 설명하기로 한다. 본 발명은 이하 구조에 한정되는 것은 아니며, 원통형 전지 등 다양한 구조에 적용할 수 있음은 물론이다.
상기한 도면을 참조하여 이차 전지에 대해 살펴보면, 상기 이차 전지(10)는 양극(11)과 음극(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 위치하는 전극군(14)과, 상기 전극군(14)이 내장되는 공간부를 구비하는 케이스(20), 상기 케이스(20)의 개구부에 설치되는 캡 조립체(30)를 포함하며, 상기 캡 조립체(30)는 상기 케이스(20)의 개구부에 설치되어 케이스를 밀폐하는 캡 플레이트(31), 상기 양,음극(11,12)과 각각 탭(15)을 매개로 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트(31)에 조립되어 외측으로 돌출되는 양,음극단자(16,17), 상기 캡 플레이트(31)에 형성된 양,음극단자 관통구멍(32) 상에 설치되어 상기 외부단자와 캡 플레이트(31) 사이의 기밀을 유지시키기 위한 가스켓(40), 상기 양,음극단자(16,17)에 나사 체결되어 상기 가스켓(40)을 사이에 두고 상기 단자를 상기 캡 플레이트(31)에 고정시키기 위한 체결용 너트(50)를 포함한다.
여기서 상기 케이스(20)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작되고, 그 형상은 전극군(14)이 위치하는 내부 공간부를 가진 육면체의 각형 또는 원통형이나 그 이외의 형상으로 이루어진다.
이하 실시예에서는 각형의 이차전지로 양극단자(16)와 음극단자(17)가 동일면에 배치된 구조를 예로써 설명하기로 한다.
또한, 본 실시예에서 상기 전극군(14)은 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 음극의 무지부(12a)가 세퍼레이터(13)를 기준으로 세퍼레이터의 폭방향 즉, 전극군(14)의 양단에 대향 배치되어, 케이스(20)를 수직으로 세워 캡 조립체(30)가 상,하방향으로 놓여졌을 때를 기준으로 케이스(20)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(15)(또는 집전판)을 매개로 캡 조립체의 양,음극단자(16,17)가 전기적으로 연결된다.
한편, 상기 양극단자(16)와 음극단자(17)는 상기 캡 플레이트(31)를 지나 외부로 노출되는 외측면에 수나사가 가공되며, 캡 플레이트(31)의 내측에 위치하는 하단부에는 외측으로 플랜지(18)가 형성되어 관통구멍(32)에 끼워져 있는 가스켓(40)의 내측 하단부를 눌러 캡 플레이트(31)에 밀착시킬 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 각 단자(16,17)에는 너트(50)가 상기 단자의 외측면에 형성된 수나사에 체결되어 상기 캡 플레이트(31)에 장착됨으로써 각 단자(16,17)를 캡 플레이트에 조립할 수 있게 된다.
여기서 본 실시예에 따르면, 상기한 구조의 양극단자(16)와 음극단자(17)는 단자의 중심축을 따라 소정 크기의 홀이 외측 선단에서 내측 선단으로 관통형성되 어 전해액 주입을 위한 주입구(60)를 이루는 구조로 되어 있다.
상기 전해액 주입구(60)는 원형 단면구조로 이루어지며, 그 크기는 전해액 주입용 노즐(도 3의 100 참조)이 삽입될 수 있고 상기 단자(16,17)의 강도를 크게 저하시키지 않는 한 특별히 한정되지 않는다.
또한, 상기 단자(16,17)는 도 2에 도시된 바와 같이 외측 선단에 전해액 주입구(60)를 막아 밀봉시키기 위한 마개(61)를 더욱 포함한다.
이에 따라 전해액 주입 후 단자(16,17)의 전해액 주입구(60)를 통해 전해액이 빠져나가는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 마개(61)는 상기 단자(16,17)의 전해액 주입구(60)에 끼워질 수 있도록 전해액 주입구(60)와 대응되는 형태와 크기로 이루어지는 끼움부(62)와, 이 끼움부(62) 선단에 일체로 형성되어 상기 단자(16,17)의 외측 선단에 놓여지는 머리부(63)로 이루어진다.
상기 끼움부(62)는 대략 상기 전해액 주입구(60)보다 직경이 크게 형성되어 상기 전해액 주입구(60)에 억지 끼움식으로 끼워질 수 있도록 함이 바람직하다.
본 실시예에 의하면, 상기 마개(61)는 상기 단자(16,17)의 전해액 주입구(60)에 끼워진 상태에서 마개(61)의 머리부(63)와 단자(16,17)의 선단 사이를 용접함으로써 단자(16,17)에 설치된다.
또한, 도시되지는 않았으나 상기와 같이 마개(61)가 단자(16,17)의 전해액 주입구(60)를 밀봉하는 구조 이외에, 본 이차 전지는 솔더링 공정을 통해 납땜 등과 같은 충진재를 상기 전해액 주입구(60)에 충진하여 전해액 주입구(60)를 밀봉시 킬 수 있으며, 단자(16,17)에 형성되는 전해액 주입구(60)를 밀봉시킬 수 있는 구조면 모두 본 발명의 진정한 정신에 속한다 할 것이다.
한편, 상기와 같은 구조를 갖는 이차 전지(10)의 조립을 위해서는 먼저 탭(15)이 부착된 전극군(14)을 케이스(20) 내부에 내장하고 상기 탭에 연결된 단자(16,17)를 캡 조립체의 캡 플레이트(31) 상에 조립한다.
그리고 단자(16,17)가 설치된 상기 캡 플레이트(31)를 케이스(20)에 설치하여 케이스(20)를 밀폐시킨 후 상기 단자(16,17)에 형성된 전해액 주입구(60)를 통해 전해액을 주입하게 된다.
도 3은 전해액 주입과정을 도시한 개략적인 도면으로, 상기한 도면에 의하면 캡 플레이트(31)에 설치되어 외측으로 돌출된 단자(16,17)에는 주입구(60)가 관통형성되어 있어서, 상기 주입구(60)를 통해 외부로부터 케이스(20) 내부로 전해액 주입을 위해 노즐(100)이 삽입된다.
이에 따라 상기 노즐(100)은 주입구(60)를 통해 단자(16,17) 깊숙이 삽입될 수 있으며 이 상태에서 전해액을 케이스(20) 내부로 주입할 수 있게 된다.
상기와 같이 노즐(100)이 주입구(60)에 깊숙이 삽입된 상태에서 전해액 주입이 이루어짐으로써 전해액 주입 과정에서 전해액이 주입구(60) 외부로 비산되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 전해액 주입이 완료되면 단자(16,17)의 주입구(60)로부터 노즐(100)을 인출하고 단자(16,17) 외측 선단에서 상기 단자(16,17)에 형성된 주입구(60)에 마개(61)를 끼워 주입구(60)를 밀봉시킨다.
상기 마개(61)는 주입구(60)에 끼워지는 끼움부(62)와 상기 단자(16,17) 외측 선단에 접하는 머리부(63)로 이루어져 상기 주입구(60)보다 약간 크게 형성된 끼움부(62)를 주입구(60)에 억지끼움식으로 끼워줌으로써 주입구(60)를 밀봉시킬 수 있게 된다.
상기 마개(61)의 보다 확실한 설치를 위해 상기와 같이 마개(61)가 주입구(60)에 끼워진 상태에서 단자(16,17)와 접하는 마개(61)의 머리부(63)와 단자(16,17) 사이를 용접하여 부착한다.
이와같이 마개(61)가 최종적으로 단자(16,17)에 설치됨으로써 이차 전지(10)의 조립이 완료된다.
이상과 같은 본 발명의 이차 전지는, 고출력/대용량을 요구받는 모터 구동용 전지로서 전지의 내부 압력이 높은 경우에 효과적으로 사용될 수 있으나, 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.
이와 같이 본 실시예에 따른 이차 전지는 캡 플레이트가 아닌 길이를 갖는 단자에 전해액 주입구를 형성시킴으로써, 전해액 주입을 위한 노즐이 충분히 깊숙하게 삽입되어 전해액의 외부 유출을 방지할 수 있게 된다.
또한, 전해액 주입과정에서 전해액이 외부로 유출되는 것을 방지하여 전해액 주입구 주변의 오염을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 전해액 주입구 주변을 청결하게 유지할 수 있게 주입구 밀봉작업시 용접 불량을 방지할 수 있게 된다.

Claims (16)

  1. 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군과,
    상기 전극군이 내장되는 케이스,
    상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 단자가 구비되는 캡 조립체를 포함하고,
    상기 각 단자 중 적어도 하나의 단자는 전해액 주입을 위한 전해액 주입구가 관통형성되고, 전해액 주입구를 밀봉시키기 위한 밀봉수단을 포함하며,
    상기 밀봉수단은 상기 단자의 전해액 주입구에 끼워져 용접으로 부착되는 마개를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액 주입구는 상기 단자의 길이방향을 따라 중앙에 형성된 이차 전지.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 마개는 상기 전해액 주입구와 대응되는 단면형태로 이루어져 상기 전해액 주입구에 억지끼움식으로 끼워지는 이차 전지.
  6. 삭제
  7. 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군과,
    상기 전극군이 내장되는 케이스,
    상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 단자가 구비되는 캡 조립체를 포함하고,
    상기 각 단자 중 적어도 하나의 단자는 전해액 주입을 위한 전해액 주입구가 관통형성되고, 전해액 주입구를 밀봉시키기 위한 밀봉수단을 포함하며,
    상기 밀봉수단은 단자의 주입구 내부에 충진되는 납땜을 포함하는 충진재로 이루어지는 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.
  10. 이차 전지의 전극군과 전기적으로 연결되어 케이스 외측으로 연장되고 전해액 주입을 위한 주입구가 관통형성되고,
    상기 전해액 주입구를 밀봉시키기 위한 밀봉수단을 포함하며,
    상기 밀봉수단은 상기 단자의 전해액 주입구에 끼워져 용접으로 부착되는 마개를 포함하는 이차 전지의 단자.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전해액 주입구는 상기 단자의 길이방향을 따라 중앙에 형성된 이차 전지의 단자.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 마개는 상기 전해액 주입구와 대응되는 단면형태로 이루어져 상기 전해액 주입구에 억지끼움식으로 끼워지는 이차 전지의 단자.
  15. 삭제
  16. 이차 전지의 전극군과 전기적으로 연결되어 케이스 외측으로 연장되고 전해액 주입을 위한 주입구가 관통형성되고,
    상기 전해액 주입구를 밀봉시키기 위한 밀봉수단을 포함하며,
    상기 밀봉수단은 상기 단자의 주입구 내부에 충진되는 납땜을 포함하는 충진재로 이루어지는 이차 전지의 단자.
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