KR100759396B1

KR100759396B1 - 이차 전지

Info

Publication number: KR100759396B1
Application number: KR1020050134214A
Authority: KR
Inventors: 전상은; 유석윤; 이동근; 이경심
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2005-12-29
Publication date: 2007-09-19
Also published as: KR20070071063A

Abstract

본 발명에 따른 이차전지는 절연부재의 외측에 주입된 전해액을 절연부재의 내측으로 이동시킬 수 있도록, 세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 삽입되는 공간을 구비한 케이스와, 상기 전극군을 감싸는 구조로 상기 전극군과 상기 케이스 사이에 설치되며 표면에 적어도 하나 이상의 관통공이 형성된 절연부재와, 상기 케이스와 결합되는 캡 플레이트, 및 상기 전극군과 전기적으로 연결되어 상기 케이스의 외측으로 돌출되는 전극 단자를 포함한다.

이차 전지, 전해액, 케이스, 지지부재, 전극군

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}

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

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

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극군과 절연부재를 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 절연부재를 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 절연부재를 도시한 사시도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극군과 케이스를 절연시키는 절연부재의 구조를 개선한 이차 전지에 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 연결되어 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 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 양극 단자와 음극 단자를 포함한다.

여기서 상기 케이스는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다. 그리고 상기 케이스와 전극군 사이에는 케이스 내면을 절연시키는 절연 필름이 설치될 수 있다.

한편, 단위 전지의 내부에는 이온전도의 매개체 역할을 하는 전해액이 주입 된다. 그리고 상기 전해액은 통상 케이스 내부에 부품들이 설치된 후, 케이스에 캡 플레이트가 설치된 상태에서 캡 플레이트에 형성된 전해액 주입구를 통해서 주입된다.

이때, 전해액은 전극군과 원활하게 반응할 수 있도록 절연부재의 내에 수용되어야한다. 그러나 전해액을 주입하는 과정에서 전해액의 일부가 절연부재의 외측으로 주입되는 문제가 발생한다. 전해액이 절연부재의 외측으로 주입되면, 전극군과 반응하는 전해액이 부족하게되어 단위 전지의 출력이 저하되는 문제가 발생한다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 절연부재의 외측으로 주입된 전해액이 절연부재의 안으로 이동할 수 있는 절연부재를 포함하는 이차 전지를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 이차 전지는 세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 삽입되는 공간을 구비한 케이스와, 상기 전극군을 감싸는 구조로 상기 전극군과 상기 케이스 사이에 설치되며 표면에 적어도 하나 이상의 관통공이 형성된 절연부재와, 상기 케이스와 결합되는 캡 플레이트, 및 상기 전극군과 전기적으로 연결되어 상기 케이스의 외측으로 돌출되는 전극 단자를 포함할 수 있다.

그리고 상기 절연부재는 절연 필름으로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 관통공은 상기 전극군의 양측단에 형성된 무지부 사이에 위치될 수 있다.

상기 절연부재는 상면이 개방된 육면체 구조로 이루어질 수 있다.

상기 관통공은 상기 절연부재의 넓은 옆면에 형성될 수 있다.

상기 관통공은 상기 절연필름의 바닥에 형성될 수 있다.

상기 관통공은 상기 절연부재의 바닥과 옆면에 걸쳐서 형성될 수 있다.

상기 관통공은 상기 절연부재의 하부에 설치될 수 있다.

또한, 상기 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 에너지원으로 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)를 도시한 단면도이다.

상기한 도면을 참조하여 설명하면, 상기 단위전지(10)는 양극(11)과 음극(12) 사이에 절연체인 세퍼레이터(13)를 개재하여 권취된 전극군(15)과, 상기 전극군(15)을 수용할 수 있도록 일측에 개방단을 갖는 케이스(14)와, 케이스(14)와 전극군(15) 사이에 설치되어 케이스(14)와 전극군(15)을 절연시키는 절연부재(25)와, 상기 케이스(14)의 개방단에 결합되어 케이스(14)를 밀폐하는 캡 플레이트(17), 및 상기 캡 플레이트(17)에 설치되어 전극군(15)과 전기적으로 연결되는 양극 단자(21)와 음극 단자(22)를 포함한다.

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 무지부(11a)에는 양극 단자(21)가 음극 무지부(12a)에는 음극 단자(22)가 각각 부착되어 외부로 전류를 유도한다.

그리고 상기 전극 단자(21, 22)는 캡 플레이트(17)를 관통하여 외측으로 돌출되며, 캡 플레이트(17)와 전극 단자(21, 22) 사이에는 절연을 위한 개스킷(18)이 설치된다. 그리고 외측으로 돌출된 전극 단자(21, 22)에는 전극 단자(21, 22)를 위쪽에서 지지할 수 있도록 너트(19)가 체결된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전극군(15)과 케이스(14) 사이에는 전극군(15)을 삽입하는 절연부재(25)가 설치된다. 상기 절연부재(25)는 케이스(14)의 형상과 대응되는 형상으로 이루어지며, 본 실시예에 따른 절연부재(25)는 상면이 개방된 직육면체구조로 이루어진다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 상기 절연부재(25)는 케이스(14)의 형상에 따라 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.

그리고 본 실시예에 따른 절연부재(25)는 무게가 가볍고 부피를 작게 차지하는 절연필름으로 이루어진다. 한편, 본 실시예에 따른 절연부재(25)는 전해액과 반응하지 않도록 내화학성과 내열성이 우수한 불소수지로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 절연부재(25)의 표면에는 복수개의 관통공(25a)이 형성된다. 상기 관통공(25a)은 전극군을 삽입하였을 때를 기준으로, 전극군(15)의 양쪽 측단부 에 형성된 무지부(11a, 12a) 사이에 위치한다.

즉, 무지부(11a, 12a)가 케이스(14)와 접하지 않도록 무지부(11a, 12a)가 위치한 부분에는 관통공(25a)이 형성되지 않으며, 상기 관통공(25a)은 무지부(11a, 12a) 사이에 세퍼레이터(13, 도 1에 도시)가 설치된 부분에 위치되도록 형성된다.

본 실시예에 따른 관통공(25a)은 쉽게 찢어지지 않도록 원형으로 이루어지며, 복수개의 관통공(25a)이 상기 절연부재(25)의 양쪽 넓은 측면에 고르게 형성된다.

이와 같이, 절연부재(25)의 표면에 복수개의 관통공(25a)이 형성되어 관통공(25a)을 통해서 절연부재(25)의 외측에 주입된 전해액이 절연부재(25)의 내부로 이동될 수 있다. 또한, 상기 관통공(25a)이 전극군(15)의 양측단에 형성된 무지부(11a, 12a) 사이에 위치되어, 절연부재(25)가 전극군(15)과 케이스(14) 사이를 안정적으로 절연시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극군이 절연부재에 삽입된 상태를 도시한 사시도이다.

상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 절연부재(31)는 상면이 개방된 직육면체 구조로 이루어지고, 절연부재(31)의 하단부에 전해액이 이동할 수 있도록 관통공(31a)이 형성된다.

상기 관통공(31a)은 절연부재(31)의 양쪽 측면과 바닥을 관통하여 형성된다. 즉 절연부재(31)의 일측 측면 아래에서 바닥으로 형성된 관통공(31a)이 타측 측면까지 이어진 구조로 이루어진다.

그리고 상기 절연부재(31)는 케이스(14, 도 2에 도시)와 전극군(15)을 안정적으로 절연할 수 있도록, 관통공(31a)이 무지부(11a, 12a)가 위치한 부분으로부터 D만큼 안쪽으로 이격되어 형성된다. 이때, 무지부(11a, 12a)와 관통공(31a) 사이의 거리(D)는 케이스(14) 및 전극군(15)의 구조에 따라 다양한 크기로 설정될 수 있다.

상기 관통공(31a)은 전해액이 절연부재(31) 내부로 균일하게 유입될 수 있도록, 절연부재(31)의 중앙부분에 형성될 수 있다.

그리고 상기 관통공(31a)은 도 3에 도시된 바와 같이, 하나로 이루어질 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 절연부재(41)의 하부에 복수 개의 관통공(41a)이 형성될 수도 있다.

이와 같이 본 발명의 제2 실시예와 그 변형예에 의하면, 관통공(31a, 41a)이 절연부재(31, 41)의 바닥과 측면에 걸쳐 형성되므로, 바닥과 측면을 통하여 전해액이 쉽게 이동될 수 있다. 특히 소량의 전해액이 절연부재(31, 41)의 외측에 주입되더라도 바닥부분이 관통되어 이를 통하여 전해액이 용이하게 절연부재(31, 41) 내부로 이동될 수 있다.

그리고 상기 전극군(15)에 형성된 무지부(11a, 12a)와 관통공이 소정 거리(D)만큼 이격되어 위치하므로 관통공(31a, 41a)을 통해서 케이스(14)와 전극군(15)이 전기적으로 연결되는 것을 안정적으로 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 절연부재를 아래에서 본 사시도이다.

상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 절연부재(51)는 바닥면 에 관통공(51a)이 형성된다. 상기 관통공(51a)은 절연부재(51)의 바닥 중앙부분에 형성된다. 본 실시예에서는 상기 관통공(51a)이 사각형으로 이루어진 것으로 도시하고 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 것이며, 상기 관통공(51a)은 타원형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 관통공(51a)은 절연부재(51)의 절연성능을 안정적으로 확보할 수 있도록 전극군(15)의 무지부(11a, 12a)보다 안쪽에 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 관통공(51a)이 절연부재(51)의 바닥에 형성되어 소량의 전해액이라도 절연부재(51a)의 안쪽으로 용이하게 이동할 수 있으며, 상기 관통공(51a)이 작은 넓이로 이루어져서 절연부재(51a)가 케이스(14)와 전극군(15) 사이를 안정적으로 절연시킬 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 절연부재에 관통공이 형성되어 절연부재의 외측에 주입된 전해액을 전연부재 내측으로 이동시킬 수 있다.

그리고 관통공은 전극군의 무지부보다 안쪽에 형성되어 절연부재의 절연성능을 안정적으로 확보할 수 있다.

Claims

세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군;

상기 전극군이 삽입되는 공간을 구비한 케이스;

상기 전극군을 감싸는 구조로 상기 전극군과 상기 케이스 사이에 설치되며 상면이 개방된 육면체 구조로 이루어지고 표면에 관통공이 형성된 절연부재;

상기 케이스와 결합되는 캡 플레이트; 및

상기 전극군과 전기적으로 연결되어 상기 케이스의 외측으로 돌출되는 전극 단자;

를 포함하는 이차 전지.
제1 항에 있어서,

상기 절연부재는 절연 필름으로 이루어지는 이차 전지.
삭제
제1 항에 있어서,

상기 관통공은 상기 전극군의 양측단에 형성된 무지부 사이에 위치되는 이차 전지.
제1 항에 있어서,

상기 관통공은 상기 절연부재의 하부에 설치되는 이차 전지.
제5 항에 있어서,

상기 관통공은 상기 절연부재의 바닥에 형성되는 이차 전지.
제1 항에 있어서,

상기 관통공은 상기 절연부재의 전면에 형성되는 이차 전지.
제1 항에 있어서,

상기 관통공은 상기 절연부재의 바닥에서 전면으로 이어져 형성되는 이차 전지.
제1 항에 있어서,

상기 이차전지는 모터 구동용인 이차전지.