KR100717755B1 - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이차전지는 생산 원가를 절감하고 단위 전지 사이의 접촉저항을 감소시킬 수 있도록, 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 삽입되는 홈부가 형성된 복수개의 덮개부재와, 상기 덮개부재들 사이에 설치되어 상기 덮개부재들을 절연시키는 절연층, 및 상기 전극군과 상기 덮개부재를 전기적으로 연결하는 리드 부재를 포함한다.

이차 전지, 덮개부재, 홈부, 절연부

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.

도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 자른 이차 전지의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 도시한 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서 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 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 이차 전지가 직렬로 연결되 어 대용량의 이차 전지 모듈을 형성한다.

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 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 양극 단자와 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(HEV) 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.

또한, 종래의 단위 전지는 전지 모듈을 이루기 위해 이웃하는 단위 전지의 양극 단자와 음극 단자에 연결구를 설치하여 상기 단위 전지들을 직렬로 연결하게 된다. 그러나 이러한 구조로 단위 전지들이 연결되면 상기 단자들과 연결구 사이에 접촉 저항이 발생하여 전지 모듈의 출력이 저하되는 문제가 발생한다.

하이브리드 전기 자동차 등에 사용되는 대용량 전지 모듈은 수십 개의 단위전지를 포함하므로 이들 단위전지들 사이에 접촉 저항이 발생하면 전지 모듈의 출력이 저하되어 하이브리드 전지 자동차가 안정적으로 작동하지 못하는 문제가 발생한다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 구조를 단순화하고 이웃하는 단위 전지와 대면적으로 접촉할 수 있도록 이루어진 이차 전지를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이차전지는 두 개의 덮개 부재로 이루어진 케이스를 포함한다.

본 발명의 일 예에 따른 이차 전지는 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 삽입되는 홈부가 형성된 복수개의 덮개부재와 상기 덮개부재들 사이에 설치되어 상기 덮개부재들을 절연시키는 절연층, 및 상기 전극군과 상기 덮개부재에 부착되어 상기 전극군과 상기 덮개부재를 전기적으로 연결하는 리드 부재를 포함한다.

그리고 상기 덮개부재의 가장 자리에 형성된 평면부와 상기 평면부의 안쪽에 형성된 홈부를 포함할 수 있다.

상기 덮개부재는 중앙에 홈부가 형성된 판재로 이루어질 수도 있다.

한편, 상기 절연층은 상기 평면부에 설치될 수 있다.

그리고 상기 절연층은 상기 평면부를 따라 연속적으로 설치될 수 있다.

또한, 상기 절연층 접착성이 우수한 소재로 이루어질 수 있다.

상기 리드 부재는 전극군에 형성된 무지부에 부착되는 무지부 부착부와 상기 무지부 부착부에서 절곡 형성되어 상기 일측 덮개부재에 부착되는 덮개 부착부를 포함할 수 있다.

상기 케이스의 단부에는 상기 덮개부재들을 외측에서 지지하는 지지부재가 설치될 수 있다. 그리고 상기 지지부재는 클립으로 이루어질 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 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선의 단면도이고, 도 3은 도 1의 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다. 상기한 도면들을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(10)는 전극군(15)과, 상기 전극군(15)이 삽입되는 홈부(21a, 22a)가 형성된 두 개의 덮개부 재(21, 22)와, 상기 덮개부재(21, 22) 사이에 설치되어 상기 덮개부재들(21, 22)을 절연시키는 절연층(25), 및 상기 전극군(15)과 상기 덮개부재(21, 22)를 전기적으로 연결하는 리드부재(18, 19)를 포함한다.

상기 덮개부재(21, 22)는 상부 덮개 부재(21)와 하부 덮개 부재(22)로 이루어지고, 두 개의 덮개 부재(21, 22)는 서로 대응되는 형상으로 이루어진다. 상기 덮개부재들(21, 22)은 서로 맞닿은 상태에서 전극군(15)이 내장되는 공간(23)을 형성하며, 그 사이에 설치된 절연부재(25)에 의하여 상호 부착된다.

전극군(15)은 양극(11)과 음극(12) 사이에 세퍼레이터(13)가 개재된 상태로 권취되어 납작하게 눌려진 구조로 이루어져 상기한 공간(23)에 설치된다.

상기 덮개부재(21, 22)는 가장자리를 따라 평평하게 형성된 테두리부(21b, 22b)와 이 테두리부(21b, 222b)의 안쪽에서 오목하게 함몰된 홈부(21a, 22a)를 포함한다.

상기 테두리부(21b, 22b)는 덮개부재(21, 22)의 가장자리를 따라 연속적으로 이어진 구조로 이루어지고, 상기 홈부(21a, 22a)는 상기 덮개부재(21, 22)들이 대향하는 면에서 외측으로 함몰되어 형성된다.

따라서 상기 덮개부재(21, 22)는 중앙에 형성된 홈부(21a, 22a)와 상기 홈부(21a, 22a)의 외측에서 테두리부(21b, 22b)가 상기 홈부(21a, 22a)를 지지하는 구조로 이루어진다.

상기 덮개부재(21, 22) 사이에는 상기 덮개부재들(21, 22)을 절연시키는 절연층(25)이 형성되는데, 상기 절연층(25)은 상기 덮개부재(21, 22)의 테두리부 (21b, 22b) 위에 설치된다.

본 실시예에서 이 절연층(25)은 테두리부(21b, 22b)를 따라 연속적으로 이어지면서 이 테두리부(21b, 22b)의 전면을 커버하도록 도포되어 형성된다.

상기 절연층(25)은 상부 덮개부재(21)와 하부 덮개부재(22)를 안정적으로 고정하면서도 이들을 절열시킬 수 있는 접착성이 우수한 소재로 이루어진다. 예를 들면, 액상의 실리콘, 고무 등의 소재가 사용될 수 있다.

한편, 전극군(15)에는 양극 무지부(11a)와 음극 무지부(12a)가 형성되는데, 상기 양극 무지부(11a)와 상기 음극 무지부(12a)는 전극군(15)이 최종 형성된 상태에서 양쪽 측단에 각각 배치된다. 여기서 양극 무지부(11a)는 양극(11)에 양극 활물질이 도포되지 않은 부위를, 음극 무지부(12a)는 음극에(12)에 음극 활물질이 도포되지 않은 부위를 가리킨다.

그리고 양극 무지부(11a)에는 상기 양극 무지부(11a)와 하부 덮개부재(22)를 전기적으로 연결하는 양극 리드부재(19)가 설치되고, 음극 무지부(12a)에는 상기 음극 무지부(12a)와 상부 덮개부재(21)를 전기적으로 연결하는 음극 리드부재(18)가 설치된다.

양극 리드부재(19)는 상기 양극 무지부(11a)에 부착되는 무지부 부착부(19a)와 상기 무지부 부착부(19a)에서 절곡 형성되어 하부 덮개부재(22)에 부착되는 덮개부 부착부(19b)를 포함한다. 또한, 상기 음극 리드부재(18)는 상기 음극 무지부(12a)에 부착되는 무지부 부착부(18a)와 상기 무지부 부착부(18a)에서 절곡 형성되어 상부 덮개부재(21)에 부착되는 덮개부 부착부(18b)를 포함한다.

무지부 부착부(18a, 19a)는 상기 무지부(11a, 12a)의 내부에 끼워져 초음파 용접 등으로 각각의 무지부(11a, 12a)에 고정되며, 덮개부 부착부(18b, 19b)는 상기 무지부 부착부(18a, 19a)에서 전극군(15)의 안쪽을 향하도록 절곡되고 상기 전극군(15)에서 약간 이격되어 위쪽으로 돌출된 구조로 이루어진다. 그리고 덮개부 부착부(18b, 19b)는 심용접 또는 저항 용접 등의 방법으로 덮개부재(21, 22)에 부착된다.

이로써 덮개부재(21, 22)가 직접 전극군(15)과 전기적으로 연결되므로, 덮개부재(21, 22)가 전극 단자 역할을 하게 된다. 즉, 본 실시예에서는 하부 덮개부재(22)가 양극 무지부(11a)와 전기적으로 연결되어 양극단자 역할을 하게되며, 상부 덮개부재(21)는 음극 무지부(12a)와 전기적으로 연결되어 음극단자 역할을 하게된다.

이와 같이 덮개부재(21, 22)가 전극 단자 역할을 하므로, 단위 전지들(10)을 덮개부재가 접하도록 적층 배열하는 것만으로도 상기 단위 전지들(10)을 직렬로 연결할 수 있으며, 상기 단위 전지들(10)이 덮개부재(21, 22)를 통하여 대면적으로 접촉하므로 단위전지(10) 사이에 작용하는 접촉저항을 현저히 감소시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.

상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 단위 전지(40)는 상기한 제1 실시예에 따른 단위 전지와 동일한 내부 구조로 이루어지고, 단위 전지(40)의 측단에 두 개의 덮개부재들(21, 22)을 고정하는 지지부재(30)가 추가적으로 설치된다.

상기 지지부재(30)는 상기 덮개부재(21, 22)의 각 모서리를 감싸면서 이 덮개부재(21, 22)의 테부리에 설치된다. 본 실시예에서 이 지지부재(30)는 상단과 하단에서 절곡된 클립 형태로 이루어진다.

즉, 지지부재는 상단과 하단에서 절곡된 부분이 상부 덮개부재(21)와 하부 덮개부재(22)에 형성된 테두리부에 접하여 상기 덮개부재(21, 22)를 위와 아래에서 지지하게된다.

이러한 지지부재(30)는 상기 덮개부재들(21, 22)이 안정적으로 고정될 수 있도록 4개의 지지부재(30)가 단위 전지(40)의 4방향에서 상기 덮개부재들(21, 22)을 지지하는 구조로 설치된다.

따라서 이 제2 실시예에 따른 단위 전지(40)는 상기 지지부재들(30)이 덮개부재(21, 22)를 안정적으로 지지하여 상기 덮개부재들(21, 22)이 분리되는 것을 용이하게 방지할 수 있다.

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 케이스를 이루는 덮개부재가 전극 단자역할을 하여 단위 전지 사이의 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.

또한, 단위 전지의 구조를 단순화하여 단위전지들을 이루는 부품수를 감소시킬 수 있으므로, 제조원가를 절감할 수 있다.

Claims (9)

1. 양극과 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군;

   상기 전극군이 삽입되는 홈부가 형성된 복수개의 덮개부재;

   상기 덮개부재들 사이에 설치되어 상기 덮개부재들을 절연시키는 절연층; 및

   상기 전극군과 상기 덮개부재에 전기적으로 연결하는 리드 부재;

   를 포함하는 이차 전지.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 덮개부재는 상기 홈부의 둘레를 따라 평평한 상태의 테두리부를 형성하고 있는 이차 전지.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 절연층은 상기 테두리부에 설치되는 이차 전지.
4. 제2 항에 있어서,

   상기 절연층은 상기 테두리부를 따라 연속적으로 설치되는 이차 전지
5. 제1 항에 있어서,

   상기 절연층이 접착성을 갖는 소재로 이루어지는 이차 전지.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 리드 부재는 상기 전극군에 형성된 무지부에 부착되는 무지부 부착부와 상기 무지부 부착부에서 절곡 형성되어 상기 덮개부재에 부착되는 덮개 부착부를 포함하는 이차 전지.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 케이스의 단부에는 상기 덮개부재들을 외측에서 지지하는 지지부재가 설치되는 이차 전지.
8. 제7 항에 있어서,

   상기 지지부재는 클립 형태로 이루어지는 이차 전지.
9. 제1 항에 있어서,

   상기 이차 전지는 모터 구동용인 이차 전지.

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