KR100823193B1 - 이차 전지 - Google Patents

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KR100823193B1 KR1020060107748A KR20060107748A KR100823193B1 KR 100823193 B1 KR100823193 B1 KR 100823193B1 KR 1020060107748 A KR1020060107748 A KR 1020060107748A KR 20060107748 A KR20060107748 A KR 20060107748A KR 100823193 B1 KR100823193 B1 KR 100823193B1
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Abstract

본 발명에 따른 이차전지는 전극군을 안정적으로 지지할 수 있도록, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되며, 내면에 상기 전극군을 지지하기 위한 지지부가 돌출된 케이스, 및 상기 케이스와 결합되며 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 전극단자가 구비된 캡 조립체를 포함할 수 있다.
Figure R1020060107748
이차 전지, 지지부, 케이스, 전극군

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극군과 이에 설치된 리드부재 및 지지부를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지가 갖는 케이스의 절개 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지가 갖는 케이스의 절개 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지가 갖는 케이스의 절개 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 지지부 사이에 전극군이 설치된 상태를 도시한 단면도이다.
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서 보다 상세하게는 케이스의 구조를 개 선한 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable 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, 복수개의 셀이 팩 형태로 연결된 대용량 이차 전지는 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용되고 있다.
이차 전지(이하, 단위전지)는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군과, 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스 및 케이스에 결합되어 이를 밀폐하고 전극군과 전기적으로 연결되는 전극 단자가 구비된 캡 조립체를 포함할 수 있다.
이러한 단위전지에 있어서 케이스는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다.
각형 전지에 있어서 전극군은 리드 부재를 매개로 전극 단자와 전기적으로 연결된다. 이때, 전극군에 리드 부재가 초음파 용접 등으로 고정되고 리드 부재는 상부에 위치한 전극 단자에 고정된다. 즉, 전극군은 리드 부재를 매개로 전극 단자에 매달린 형태로 설치된다.
그러나, 이러한 전극군과 전극 단자와의 연결 구조에는, 단위전지의 외부로부터 충격이 가해지는 경우 그 여파로 전극군이 흔들리면서 전극군과 리드 부재의 용접 부분이 탈리되거나 손상되어 양자간의 접촉이 불량해지는 문제가 발생할 수 있다.
이처럼 전극군이 리드 부재로부터 이탈되거나 리드 부재에 불량한 상태로 부분 접촉되면 전극군으로 인출된 전류가 온전한 양으로 전극 단자를 통해 외부로 인출되지 못하게 되는 바, 이의 결과에 의해 단위전지는 전원으로서의 기능을 상실하게 된다.
뿐만 아니라, 불량 상태인 전극군과 리드 부재 사이의 접촉 관계에서는 접촉 부위의 저항이 증가한다는 문제가 수반되므로 이로 인해 단위전지는 충전과 방전 효율이 저하되고, 상기 접촉 부위로부터 열을 발생시킬 확률이 높아 내부의 온도를 상승시켜 본연의 기능을 상실할 수 있다.
또한, 단위전지가 놓여진 외부 환경에 의해 지속적인 진동이 단위전지에 가해지면, 전술한 구조의 전극군과 전극 단자와의 연결 구조는 케이스 내의 전극군의 지지상태가 취약한 관계로, 케이스의 한쪽으로 전극군이 쏠리면서 전해액과 원활한 반응을 유도하지 못해 충전과 방전 효율을 저하시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 케이스의 구조를 개선하여 전극군이 안정적인 상태로 케이스에 내장될 수 있도록 한 이차 전지를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되며, 내면에 상기 전극군을 지지하기 위한 지지부가 돌 출된 케이스 및 상기 케이스와 결합되며 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 전극단자가 구비된 캡 조립체를 포함한다.
상기 케이스는 대향 배치된 제1 면과 제2 면을 갖는 몸체를 포함하고, 상기 지지부는 상기 제1 면과 상기 제2 면에 형성될 수 있다.
상기 전극군은 활물질이 도포되지 않은 무지부를 포함하고, 상기 지지부는 상기 무지부와 맞닿아 상기 전극군을 지지할 수 있다.
상기 무지부가 중첩되어 형성되고, 상기 지지부는 상기 무지부의 사이에 끼워져 이 무지부에 결합될 수 있다.
상기 지지부의 내측에는 홈이 형성될 수 있으며, 상기 홈의 개방부는 상기 케이스의 외측을 향해 배치될 수 있다.
상기 지지부는 상기 내면에 고정된 속이 비지 않은 형태의 돌기를 포함할 수 있다.
상기 지지부는 상기 전극군과의 전기적 절연을 위한 절연체를 포함할 수 있다.
상기 이차 전지가 각형으로 형성되고, 상기 지지부는 상기 케이스의 대향하는 양면에 형성될 수 있다.
상기 지지부는 상기 내면에 사이 간격을 두고 설치된 복수의 지지편들을 포함하고, 상기 전극군은 지지편들 사이에 끼워져 고정될 수 있다.
상기 케이스는 개구를 갖는 박스 형태의 몸체를 포함하고, 상기 지지편들을 상기 개구를 향해 벌어지는 형태로 대향 배치되어 상기 내면에 설치될 수 있다.
상기 전극군은 활물질이 도포되지 않은 무지부를 포함하고, 상기 무지부는 상기 내면과 대향 배치될 수 있다.
상기 전극군과 상기 전극단자에 연결 설치된 리드부재를 포함하고 상기 지지부가 상기 리드부재보다 상기 전극단자로부터 멀리 배치될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지(이하, 단위전지라 함)를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 2에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 자른 단면도이다.
상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 단위전지(10)는 양극(11)과 음극(12) 사이에 절연체인 세퍼레이터(13)를 개재하여 권취된 전극군(15)과, 전극군(15)을 수용할 수 있도록 일측에 개구(30a)가 형성된 박스 형태의 몸체(30b)를 갖는 케이스(30)를 포함한다.
본 실시예에서 단위전지는 각형으로 형성되는 바, 이에 대응하여 케이스(30)의 몸체(30b)는, 개구(30a)가 일측에 배치된 중공형의 몸체로서 구비된다. 이에 따라 케이스(30)는 대향 배치되는 제1 면(30c), 제2 면(30d) 및 제3 면(30e), 제4 면(30f)과 더불어 바닥면(30g)을 포함한다.
케이스(30)의 개구(30a)에는 케이스(30)를 밀폐하는 캡 플레이트(17)가 설치되며, 이 캡 플레이트(17)에는 전극군(15)과 전기적으로 연결된 양극 단자(21) 및 음극 단자(22)가 설치된다. 이 캡 플레이트(17) 및 양극 단자(21)와 음극 단자(22) 로 이루어진 전극 단자는 캡 조립체를 구성한다.
케이스(30)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작되거나 전기적인 절연성을 갖는 비도전성 재질로도 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 실시예에서 단위전지(10)는 각형으로 구성되므로 이하의 설명에서는 그에 따라 설명하나, 본 발명에 있어 단위전지가 반드시 각형으로만 구성될 수 있는 것은 아니고, 원통형을 비롯하여 다양한 형태로 구성될 수 있다.
양극(11)과 음극(12)은 박판의 금속 호일로 이루어진 집전체에 활물질이 도포된 영역인 코팅부(11a)(12a)와 활물질이 코팅되지 않은 영역인 무지부(11b)(12b)를 구비한다.
본 실시예에서 전극군(15)은, 양극(12)과 음극(12)의 사이에 세퍼레이터(13)가 개재된 상태에서 롤 상으로 권선된 후, 가압되어 대략 사각 형태로 눌려진 형태로 형성된다.
이 상태에서 양극 무지부(11b)와 음극 무지부(12b)는 각각 전극군(15)의 양단에 대향 배치되어 노출된 상태로 중첩된 꼴을 이루게 된다.
이러한 양극 무지부(11b)와 음극 무지부(12b)에는 각기 양극 단자(21)와 음극 단자(22)에 연결되는 리드 부재(26)(26)가 설치된다. 실질적으로 이 리드 부재(26)(26)는 양극 무지부(11b)와 음극 무지부(12b)에 부분적으로 삽입되어 용접 등을 통해 고정 설치된다.
또한, 리드 부재(26)(26)는 양극 단자(21)와 음극 단자(22)의 아래에 형성된 플랜지(25)(25)에 고정된다.
양극 단자(21)와 음극 단자(22)는 캡 플레이트(17)에 형성된 구멍을 통해 이를 관통하여 케이스(30)의 외측으로 돌출된다. 이 때, 캡 플레이트(17)와 양극 단자(21)와 음극 단자(22) 사이에는 이들의 전기적인 절연을 위해서 개스킷(18)(18)이 설치된다.
상기에서 케이스(30)의 외측으로 돌출된 양극 단자(21)와 음극 단자(22)에는 각기 너트(19)(19)가 체결되어 이 양극 단자(21)와 음극 단자(22)가 캡 플레이트(17) 상에 고정될 수 있도록 한다.
케이스(30)의 제1 면(30c)과 제2 면(30d)에는 케이스(30)의 안쪽으로 돌출되어 전극군(15)을 지지하는 지지부(32)가 형성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 지지부(32)는 권취된 전극군(15)의 무지부(11b)(12b) 사이에 끼워져 전극군(15)이 좌우로 유동하지 않도록 지지하는 역할을 한다.
리드 부재(26)(26)도 전극군(15)의 중심에 끼워져 고정되는데, 지지부(32)는 리드 부재(26)(26)의 아래에서 전극군(15)의 중심에 끼워진다. 이에 따라 위쪽에서는 리드 부재(26)(26)가 지지하고 아래쪽에서는 지지부(32)가 전극군(15)을 지지하여 전극군(15)이 쉽게 흔들리지 않게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이 지지부(32)는 무지부(11b)(12b)과 인접하여 대향하는 케이스(30)의 제1면(30c)과 제2면(30d)에 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이 지지부(32)는 외측에서 내측으로 함몰된 구조로 이 루어지는 바, 이에 따라 지지부(32)의 돌출된 부분의 반대편은 개방부가 외측을 향해 배치된 홈 형태를 이룬다.
그리고 지지부(32)의 표면에는 전극군(15)과 케이스(30) 사이를 절연할 수 있도록 절연체(36)가 막 형태로 형성되는데, 이 절연체(36)는 고분자 수지막 또는 산화 알루미늄막 등으로 이루어진다. 본 실시예에서는 절연체(36)가 막 형태로 이루어진 것으로 예시하고 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 절연체는 절연 필름 등 다양한 형태로 이루어질 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 케이스(30)의 양쪽 측면(30c)(30d)에서 돌출 형성된 지지부(32)를 구비하여 전극군(15)이 외부의 충격에 흔들리지 않도록 안정적으로 지지된다.
그리고 지지부(32)는 무지부(11b)(12b)를 직접 지지하므로 리드 부재(26)(26)와 전극군(15)이 용접된 부분이 외부의 충격에 의하여 손상되는 것을 안정적으로 방지할 수 있다. 또한, 지지부(32)가 무지부(11b)(12b) 사이에 끼워지므로, 케이스(30)의 두께 방향(도 1에서 Y축 방향)으로 전극군(15)을 지지할 수 있을 뿐만 아니라, 케이스(30)의 폭 방향(도 1의 X축 방향)으로도 전극군(15)을 지지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지가 갖는 케이스를 도시한 절개 사시도이다.
상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 케이스(40)는 내측면에 전극군(15, 도 2에 도시)을 지지하는 지지부(42)를 고정하고 있다. 지지부(42)는 전극군(15)의 중심에 끼워질 수 있도록 납작한 판 형태로 이루어지며, 케이스(40)의 내면에 접착제를 이용하거나 용접 등의 방법으로 고정된다.
본 제2 실시예에 따른 지지부(42)는 전기적인 절연성을 갖는 폴리머로 이루어진다.
본 실시예와 같이 지지부(42)가 케이스(40)의 내측면에 고정되어 설치되는 경우, 지지부(42)를 케이스(40)의 재질과 다른 절연성을 갖는 재질로 형성할 수 있다. 이에 따라 지지부(42)와 전극군(15) 사이에 별도의 절연체를 개재할 필요가 없으며, 지지부(42)가 전극군(15)과 케이스(40) 사이를 이격시켜서 케이스(40)와 전극군(15)이 맞닿아 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 케이스를 도시한 절개 사시도이다.
상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 케이스(50)는 내측면에 전극군(15, 도 7에 도시)이 끼워지는 지지부(54)를 갖는다. 이 지지부(54)는 두 개의 지지편(52)으로 이루어지는데, 이 지지편(52)은 전극군(15)이 끼워지도록 전극군(15)의 두께만큼 이격되어 대향 배치된다. 그리고 전극군(15)을 지지편(52) 사이에 용이하게 끼울 수 있도록, 지지편(52)은 전극군(15)이 삽입되는 케이스(50)의 개구(51)를 향하여 벌어지도록 상부가 경사지게 형성된다.
도 7은 지지부(54)에 전극군(15)이 끼워진 상태를 나타내는데, 본 실시예에 따르면 전극군(15)의 양쪽면을 지지부(54)가 고정하여 외부의 충격에 의하여 전극군(15)이 흔들리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 지지부(54)가 전극군(15)을 끼움하여 고정하므로 진동에 의하여 전극군이 한 쪽을 쏠리는 것을 방지할 수 있다.
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 실시예들에 따르면 지지부가 전극군을 지지하여 전극군이 외부의 충격에 의하여 흔들리는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 전극군과 리드부재 사이의 접촉이 안정적으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지지부가 무지부 사이에 끼워져 전극군을 고정하므로 케이스의 두께방향으로 전극군을 지지할 수 있을 뿐만 아니라, 케이스의 폭 방향으로도 전극군을 안정적을 지지할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지지부가 전극군을 끼움하여 고정하므로 진동에 의하여 전극군이 한 쪽을 쏠리는 것을 방지할 수 있다.

Claims (13)

  1. 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군;
    상기 전극군이 내장되며, 내면에 상기 전극군을 지지하기 위한 지지부가 돌출된 케이스; 및
    상기 케이스와 결합되며 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 전극단자가 구비된 캡 조립체;
    를 포함하며,
    상기 케이스는 대향 배치된 제1 면과 제2 면을 갖는 몸체를 포함하고, 상기 지지부는 상기 제1 면과 상기 제2 면에 형성된 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전극군은 활물질이 도포되지 않은 무지부를 포함하고,
    상기 지지부는 상기 무지부와 맞닿아 상기 전극군을 지지하는 이차 전지.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 무지부가 중첩되어 형성되고, 상기 지지부는 상기 무지부의 사이에 끼 워진 이차 전지.
  5. 제1 항 또는 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 지지부가 돌출된 측의 반대 측에는 홈이 형성된 이차 전지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 홈의 개방부가 상기 케이스의 외측을 향해 배치된 이차 전지.
  7. 제1 항 또는 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 내면에 고정된 속이 꽉 찬 솔리드(solid) 형태의 돌기를 포함하는 이차 전지.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 전극군과의 전기적 절연을 위한 절연체를 포함하는 이차 전지.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 이차 전지가 각형으로 형성되고, 상기 지지부는 상기 케이스의 대향하는 양면에 형성된 이차 전지.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 내면에 사이 간격을 두고 설치된 복수의 지지편들을 포함하고, 상기 전극군은 지지편들 사이에 끼워져 고정된 이차 전지.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 케이스는 개구를 갖는 박스 형태의 몸체의 포함하고, 상기 지지편들을 상기 개구를 향해 벌어지는 형태로 대향 배치되어 상기 내면에 설치된 이차 전지.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 전극군은 활물질이 도포되지 않은 무지부를 포함하고, 상기 무지부는 상기 내면과 대향 배치된 이차 전지.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 전극군과 상기 전극단자에 연결 설치된 리드부재를 포함하고 상기 지지부가 상기 리드부재보다 상기 전극단자로부터 멀리 배치된 이차 전지.
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