KR100667952B1 - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차 전지의 케이스와 캡 플레이트 사이의 체결 강도를 높여 전지 내압에 의해 케이스로부터 캡 플레이트가 탈락되는 것을 방지할 수 있도록, 세퍼레이터와, 이 세퍼레이터 양면에 배치되는 양극판과 음극판을 포함하는 전극군, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 단자가 구비되는 캡 조립체, 상기 케이스 상에 설치되어 상기 캡 조립체에 대해 케이스를 조이기 위한 체결부재를 포함하는 이차 전지를 제공한다.

케이스, 캡플레이트, 체결부재, 밴드, 안착홈

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}

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

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 도시한 단면도이다.

도 4와 도 5는 본 발명의 또다른 실시예로 원통형태를 이루는 이차 전지의 구성을 도시한 사시도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 캡 플레이트의 조립 구조를 개선한 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.

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 전극군(또는 젤리롤)과, 상기 전극군이 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.

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

케이스에 대한 캡 플레이트의 용접작업은 종래의 경우 캡 플레이트를 케이스의 상단에 얹고 캡 플레이트와 케이스를 수평으로 용접하거나, 캡 플레이트를 케이스의 내측으로 끼워넣고 캡 플레이트와 케이스를 수직으로 용접하여 이루어졌다.

그런데, 상기한 종래의 기술은 스웰링현상에 의해 케이스에 내압이 가해지는 경우 용접부위가 쉽게 파손되는 문제점이 있다.

이는 상기 캡 플레이트와 케이스간의 용접이 케이스의 외측부분에서만 이루어지기 때문이다.

따라서 케이스에 내압이 걸리게 되면 캡 플레이트에 통상 설치되는 밴트가 작동되기 전에 상기 캡 플레이트와 케이스 사이의 용접부위에 압력이 집중되면서 상기 용접부위가 터져버리게 된다.

이와같이 용접부위가 텨져 틈새가 발생됨으로써 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 체결 강도를 높여 전지 내압에 의해 케이스로부터 캡 플레이트가 탈락되는 것을 방지할 수 있도록 된 이차 전지를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 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 조립체, 상기 케이스 상에 설치되어 상기 캡 조립체를 조이기 위한 체결부재를 포함한다.

여기서 상기 체결부재는 상기 케이스 외측에서 위치하여 케이스를 조이기 위한 밴드로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 밴드는 상기 케이스 외측에서 상기 캡 조립체 설치 부위에 설치됨이 바람직하다.

또한, 상기 캡 조립체는 상기 케이스의 개구된 상단에 얹혀진 상태로 설치되거나 상기 케이스 개구된 상단 내측에 끼워져 설치될 수 있다.

상기 밴드는 상기 케이스보다 인장강도가 큰 재질로 이루어짐이 바람직하며, 케이스에 걸리는 내압에 견딜 수 있는 정도면 특별히 한정되지 않는다.

또한, 본 발명은 상기한 구조의 이차 전지에 있어서 상기 밴드가 상기 케이스 외측면에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 구조의 이차 전지에 있어서 상기 케이스 외측면에 상기 밴드가 안착되는 안착홈이 형성될 수 있다.

상기 안착홈은 그 형성 깊이가 상기 밴드의 두께에 대응되도록 하여 상기 밴드가 케이스 외측으로 돌출되는 것을 방지할 수 있도록 함이 바람직하다.

여기서 상기 이차 전지는 각형으로 이루어지거나 원통형으로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 캡 플레이트는 상기 케이스에 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.

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 사시도이다.

상기한 도면에 의하면 본 실시예에 따른 이차 전지는 케이스가 육면체 형태로 된 각형의 전지로 이루어진다.

그리고 상기 케이스의 상부에는 캡 플레이트가 케이스의 내측으로 끼워져 설치되며, 상기 케이스 외측면을 따라 밴드가 감싸져 케이스를 조이는 구조로 되어 있다.

도 2를 참조하여 상기 이차 전지의 구성을 좀더 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

도시된 바와 같이 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 공간 부를 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,하방향(도 1에서 Z 방향)으로 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.

본 실시예에서는 각 탭(15)과 전기적으로 연결되는 무지부(11a)가 상기 전극군(14)을 이루는 양극,음극(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.

한편, 상기 양극단자(16)와 음극단자(17)는 상기 캡 조립체(30)를 지나 외부로 노출되는 외측면에 수나사가 가공되며, 캡 조립체(30)의 내측에 위치하는 하단부에는 외측으로 플랜지(18)가 형성되어 관통구멍(32)에 끼워져 있는 가스켓(40)의 내측 하단부를 눌러 캡 조립체(30)에 밀착시킬 수 있도록 되어 있다.

그리고 상기 캡 조립체(30)는 상기 케이스(20)의 개구부에 기밀을 유지한 상태로 결합되어 케이스(20)를 밀폐하는 캡 플레이트(31)를 포함하며, 상기 캡 플레이트(31) 상에는 탭(15)에 설치되는 단자(16,17)가 관통되도록 단자구멍(32)이 형성되고 중앙부에는 일정 압력 발생시 전지 내부의 가스를 외부로 배출하기 위한 밴트(35)가 설치된 구조로 되어 있다.

본 실시예에 따른 상기 캡 플레이트(31)에 대해 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 캡 플레이트(31)는 상기 케이스(20)의 개구부 내측면과 대응되는 크기로 이루어져 상기 케이스(20)의 개구부에 끼워져 설치되며, 케이스와의 접부에서 행해지는 레이져 용접을 통해 케이스에 부착설치된다.

여기서 본 이차 전지(10)는 상기 케이스(20)에 대해 캡 플레이트(31)의 결합력을 높일 수 있도록 상기 케이스(20) 외주면을 따라 밴드(25)가 더욱 설치된다.

상기 밴드(25)의 설치 위치는 상기 케이스(20)의 개구부 상단 외측면 즉, 상기 캡 플레이트(31)가 설치되는 위치와 대응되도록 한다.

상기 밴드(25)는 띠형태로 이루어지며 폭은 상기 캡 플레이트(31)의 두께와 대응되는 구조임이 바람직하다. 또한, 상기 밴드(25)는 상기 케이스(20) 내부 압력에 의해 케이스(20)가 외측으로 벌어지는 것을 방지할 수 있도록 케이스(20)의 재질보다 인장강도가 충분히 큰 재질로 이루어진다.

이에 따라 전지 내부 압력에 의해 케이스(20)가 외측으로 부풀어오르는 스웰링 현상 발생시 케이스(20)를 조이는 밴드(25)에 의해 케이스의 변형이 최소화될 수 있고, 케이스(20)와 캡 플레이트(31)의 용접상태를 그대로 유지할 수 있는 것이다.

한편, 상기 케이스(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 케이스의 개구부 상단 외측면에 상기 밴드(25)가 놓여질 수 있도록 안착홈(21)이 형성된 구조로 되어 있다.

상기 안착홈(21)은 상기 밴드(25)의 두께와 대응되는 깊이로 이루어진다. 따라서 밴드(25)가 상기 안착홈(21)에 놓여지면 밴드(25) 외측면과 상기 케이스(20)의 외측면이 동일평면상에 놓이게 되어 케이스에 대해 밴드(25)가 돌출되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 안착홈(21)은 케이스(20)를 따라 연속적으로 형성되며, 그 형성 위치는 케이스(20)에 설치되는 캡 플레이트(31)의 설치 위치와 대응되도록 한다.

상기 실시예에서는 직사각형태의 단면구조를 갖는 케이스(20)를 예로서 설명하고 있으나 반드시 이에 한정된 것은 아니며 상기 케이스와 캡 조립체의 캡 플레이트가 용접으로 결합되는 구조면 모두 적용가능하다 할 것이다.

예컨대, 도 4와 도 5는 원통형태를 갖는 이차전지(60)에서 밴드(25)의 체결구조에 대해 도시하고 있다.

상기한 도면에 의하면, 본 실시예의 이차 전지(60)는 케이스(61)가 원통형태로 이루어진 원통형 이차 전지로, 원통형 케이스(61)의 상단 개구부에는 단자(62)가 구비된 캡 조립체(63)가 설치된다.

그리고 상기 캡 조립체(63)가 설치된 위치와 대응되는 상기 케이스(61) 상단 외측면에 밴드(25)가 감겨져 설치된다.

상기 밴드(25)의 구조에 대해서는 위에서 설명되었으므로 이하 설명을 생략하도록 한다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 본 이차 전지(60)는 상기 원통형 이차 전지의 케이스(61) 개구부 상단 외측면에는 상기 밴드(25)의 두께와 대응되는 깊이를 갖는 안착홈(21)이 더욱 형성된 구조로 되어 있다.

따라서 상기 안착홈(21)에 상기 밴드(25)가 놓여짐으로써 밴드(25)가 케이스(61) 외측으로 돌출되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이와같이 밴드(25)가 원통형 케이스(61)의 캡 조립체(63) 설치 위치에서 케이스(61) 외측을 감싸 조여줌으로써 캡 조립체의 조립 강도를 높일 수 있게 되는 것이다.

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 설치 구조를 개선하여 캡 플레이트와 케이스 간의 조립 강도를 높임으로써 전지의 스웰링현상에 의해 케이스에 대한 캡 플레이트의 용접부위가 벌어지는 것을 방지할 수 있게 된다.

이에 따라 전지의 기밀성 및 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

Claims (11)

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

   상기 전극군이 내장되는 케이스;

   상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 단자가 구비되는 캡 조립체;

   상기 케이스 상에 설치되어 상기 캡 조립체에 대해 케이스를 조이기 위한 체결부재

   를 포함하는 이차 전지.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 체결부재는 상기 케이스 외측에서 위치하여 케이스를 조이기 위한 밴드로 이루어지는 이차 전지.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 밴드는 상기 케이스 외측에서 상기 캡 조립체 설치 부위에 위치하는 이차 전지.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 캡 조립체는 상기 케이스 개구된 상단 내측에 끼워져 설치되는 이차 전지.
5. 삭제
6. 제2 항에 있어서,

   상기 케이스 외측면에 상기 밴드가 안착되는 안착홈이 형성된 이차 전지.
7. 제6 항에 있어서,

   상기 안착홈은 그 형성 깊이가 상기 밴드의 두께에 대응되는 구조의 이차 전지.
8. 제1 항에 있어서, 상기 캡 플레이트는 상기 케이스에 용접으로 부착되는 이차 전지.
9. 제1 항에 있어서,

   상기 이차 전지는 각형인 이차 전지.
10. 제1 항에 있어서,

    상기 이차 전지는 원통형인 이차 전지.
11. 제1 항에 있어서,

    상기 이차 전지는 모터 구동용인 이차 전지.

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