KR100667945B1 - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차 전지의 케이스와 캡 플레이트 사이의 용접불량을 방지하고 양호한 용접 특성을 얻을 수 있도록, 세퍼레이터와, 이 세퍼레이터 양면에 배치되는 양극판과 음극판을 포함하는 전극군, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스의 개구부 선단에 놓여지고 외측 선단은 케이스쪽으로 경사면을 이루어 상기 케이스의 선단에 부착되는 캡 플레이트를 포함하는 이차 전지를 제공한다.

케이스, 캡 플레이트, 경사면, 용접, 레이저

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 도시한 부분 절개 단면도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캡 플레이트의 용접 구조를 개선한 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 저용량 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.

상기한 이차 전지는 케이스 내부의 기밀유지를 위해 케이스에 대해 캡 조립체의 캡 플레이트를 용접하여 부착하게 된다.

케이스에 캡 플레이트를 용접하기 위해 종래에는 캡 플레이트를 케이스의 내측으로 끼워넣고 캡 플레이트와 케이스를 수직으로 용접하거나, 캡 플레이트를 케이스의 상단 위에 얹고 수평으로 용접하게 된다.

그런데, 종래의 기술에 따르면 캡 플레이트와 케이스를 제조하는 과정에서 상호 공차가 발생하게 되고 이러한 공차에 의해 캡 플레이트와 케이스를 수직상태로 용접하기 어려운 문제점이 있다.

즉, 캡 플레이트와 케이스를 수직상태로 용접하기 위해서는 캡 플레이트를 케이스 내주면으로 끼워야 되는 데, 상호간에 공차가 발생된 경우에는 케이스의 내주면과 캡 플레이트 사이에 틈새가 발생되어 용접이 불량하게 되며 이 틈새를 통해 레이저빔이 전극군으로 조사되어 전극군이 파손될 우려가 있다.

또한 캡 플레이트를 케이스 상단에 얹고 캡 플레이트와 케이스의 접면을 수평상태로 용접하는 경우에도 공차 발생에 따라 캡 플레이트와 케이스 상단 사이에 틈새가 발생되고 이 틈새를 통해 레이저가 케이스 내부로 조사되어 전극군이 파손될 우려가 있다.

이에 따라 캡 플레이트와 케이스 간의 용접불량으로 이차 전지가 성능이나 수명이 저하되고 심한 경우 전지로서의 사용이 불가한 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 이차 전지의 케이스와 캡 플레이트 사이의 용접불량을 방지하고 양호한 용접 특성을 얻을 수 있도록 된 이차 전지를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이차 전지는 세퍼레이터와 이 세퍼레이터 양면에 배치되는 양극판과 음극판을 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스의 개구부 선단에 놓여지고 외측 선단은 케이스쪽으로 경사면을 이루어 상기 케이스의 선단에 부착되는 캡 플레이트를 포함한다.

또한 상기 캡 플레이트의 끝단은 상기 케이스의 외측면과 내측면 사이에 위치함이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 캡 플레이트의 끝단이 상기 케이스 선단의 중앙에 위치하도록 한다.

상기 캡 플레이트는 상기 케이스에 용접으로 부착되며 바람직하게는 레이저빔에 의해 용접될 수 있다.

또한, 상기 캡 플레이트는 끝단과 상기 케이스 선단 사이에 용접되고 그 용접방향은 상기 케이스의 개구방향임이 바람직하다.

이에 따라 상기 케이스의 개구부를 상방향으로 하야 케이스를 수직으로 세웠을 때, 상기 케이스와 캡 플레이트는 수직방향으로 조사되는 레이저 빔에 의해 용 접될 수 있게 된다.

여기서 상기 케이스 상단에는 캡 플레이트의 경사면 반대쪽면이 접하도록 놓여짐이 바람직하다.

여기서 상기 경사면에 의해 형성되는 캡 플레이트 선단의 경사각도는 특별히 한정되지 않는다.

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, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

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

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 케이스(14)의 개구부에 용접으로 결합되어 이를 밀폐하며 상기 무지부와 전기적으로 연결되는 탭(20)에 부착된 외부단자(23)가 관통 설치되는 캡 조립체(30)를 포함한다.

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

본 실시예에서는 직사각형태의 단면구조를 갖는 케이스를 예로서 설명하고 있으나 반드시 이에 한정된 것은 아니며 상기 케이스와 캡 조립체가 용접으로 결합되는 구조면 모두 적용가능하다 할 것이다.

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(23)가 관통되도록 단자구멍(34)이 형성되고 중앙부에는 일정 압력 발생시 전지 내부의 가스를 외부로 배출하기 위한 밴트(35)가 설치된 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 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 도 2에 도시된 바와 같이 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 음극판(12)의 무지부(12a)가 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,12a)가 위치할 수 있도록 내장설치되며, 전극군(10)의 양단의 무지부(11a,12a)에 각각 설치되는 탭(20)을 매개로 캡 조립체(30)의 단자(23)가 전기적으로 연결된다.

한편, 본 실시예에 따른 상기 캡 조립체(30)에 대해 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 캡 조립체(30)를 이루는 캡 플레이트(31)는 중앙에 밴트(35)가 설치되고 선단부에는 양극단자(32)와 음극단자(33)가 끼워지는 단자구멍(34)이 형성되며, 외측 선단은 상기 케이스(14)의 상단 위에 놓여진 상태에서 레이져 용접으로 케이스(14)에 부착되는 구조로 되어 있다.

여기서 본 실시예에 따르면 상기 캡 플레이트(31)는 케이스(14) 상단 위에 놓여지는 선단이 상기 케이스(14)의 상단을 향해 하향 경사져 경사면(36)을 이루고 상기 캡 플레이트(31)의 끝단은 상기 케이스(14)의 상단의 내측면과 외측면 사이에 위치하는 구조로 되어 있다.

상기 경사면(36)은 상기 캡 플레이트(31)의 전체 선단부 따라 일 측면에서 동일한 방향으로 형성되며 그 형성 각도에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.

또한, 상기 캡 플레이트(31)는 경사면(36)이 형성된 면의 반대쪽면이 상기 케이스(14)의 상단에 접하도록 놓여지게 되고 이에 따라 도 1에서와 같이 경사면 (36)은 케이스(14)의 상부에 위치하게 된다.

따라서 상기 캡 플레이트(31)의 선단부의 경사면(36)은 케이스(14)의 상단을 향해 점차적으로 낮아져 케이스의 상단 중앙부분에서 만나게 되고, 이 부분에서의 캡 플레이트(31)의 두께는 다른 부분보다 얇기 때문에 용접 특성을 향상시킬 수 있게 된다.

그리고 상기 캡 플레이트(31)와 상기 케이스(14)와의 결합은 케이스(14)의 상단에 놓여진 캡 플레이트(31)의 끝단과 상기 케이스(14)의 상단에 도면상 수직방향으로 가해지는 레이저용접에 의해 이루어진다.

이와같이 캡 플레이트(31)를 케이스(14) 상부에 얹혀 놓음에 따라 레이저 용접이 수직방향으로 즉, 상기 캡 플레이트(31)가 상부를 향하도록 케이스(14)를 세웠을 때 케이스(14)에 수직방향으로 행해질 수 있으며, 레이져용접이 이루어지는 지점이 상기 케이스(14)의 상단 중앙부이므로 레이저빔이 상기 케이스와 캡 플레이트(31) 사이를 통해 케이스 내부로 조사되는 것을 원천적으로 방지할 수 있게된다.

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, 캡 플레이트의 구조를 개선하여 케이스와의 용접 특성을 향상시킴으로써 전지의 기밀성 및 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

또한, 레이저 용접시 레이저빔에 의한 전극군의 파손을 방지할 수 있게 된다.

Claims (8)

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

   상기 전극군이 내장되는 케이스;

   상기 케이스의 개구부 선단을 덮고 외측 선단은 케이스쪽으로 경사진 경사면을 이루어 경사면의 끝단이 상기 케이스의 개구부 선단 위에 놓여져 부착되는 캡 플레이트

   를 포함하는 이차 전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 캡 플레이트의 끝단은 상기 케이스의 외측면과 내측면 사이에 위치하는 이차 전지.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 캡 플레이트의 끝단이 상기 케이스 개구부 선단의 중앙에 위치하는 이차 전지.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 캡 플레이트는 상기 케이스에 용접으로 부착되고 용접방향은 상기 케이스의 개구방향인 이차 전지.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 용접은 레이저 용접인 이차 전지.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 레이저는 케이스 개구부 선단면에 수직한 방향으로 조사되는 이차 전지.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 캡 플레이트는 경사면 반대쪽면이 상기 케이스에 접하도록 놓여지는 이차 전지.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 이차 전지는 모터 구동용인 이차 전지.

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