KR100995417B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 캡조립체의 캡플레이트와 캔을 연결하는 공정에 있어서, 캡플레이트의 장변측에 위치하는 가스켓의 일부가 타는 것을 방지할 수 있다.
상기 이차전지는 전극조립체, 전극조립체를 수용하는 캔 및 캔을 덮는 캡조립체를 포함하고, 캡조립체는 단자홀 및 단자홈을 포함하는 캡플레이트, 캡플레이트와 결합되며 센터홀을 포함하는 가스켓 및 센터홀에 삽입되는 단자기둥 및 가스켓 상부에 위치하는 단자플레이트를 포함하는 전극단자를 포함할 수 있다. 가스켓은 단자홀에 삽입되는 가스켓기둥 및 단자홈에 안착되며 상부가 평평한 가스켓플레이트를 포함하며, 단자플레이트 및 가스켓플레이트는 단자홈으로부터 이격될 수 있다.
이차전지, 캡플레이트, 가스켓, 전극단자

Description

이차전지{Secondary Battery}
본 발명은 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차전지에 관한 것이다.
리튬이온 이차전지는 양극판, 음극판, 전해질 및 세퍼레이터로 구성된 전극조립체를 주요 구성요소로 하여, 충방전을 거듭하여 사용할 수 있다.
상기 전극조립체는 캔 및 캡조립체와 결합되어 하나의 베어셀을 이룰 수 있다. 상기 전극조립체는 개구부가 형성된 특정 형상의 캔에 수용될 수 있다. 상기 캔의 개구부는 캡조립체에 의해 커버될 수 있다.
상기 캡조립체의 캡플레이트가 상기 캔의 개구부를 커버시, 캡플레이트의 외곽부는 용접에 의해 캔의 외곽부와 결합될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 캡조립체의 캡플레이트와 캔을 연결하는 공정에 있어서, 캡플레이트의 장변측에 위치하는 가스켓의 일부가 타는 것을 방지할 수 있는 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 이차전지가 외부압력에 의하여 압축될 시, 캔과 전극단자를 초기에 단락시켜 내부발열을 줄이고, 폭발 등의 위험성을 미연에 방지할 수 있는 캡조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체, 전극조립체를 수용하는 캔 및 캔을 덮는 캡조립체를 포함하고, 캡조립체는 단자홀 및 단자홈을 포함하는 캡플레이트, 캡플레이트와 결합되며 센터홀을 포함하는 가스켓 및 센터홀에 삽입되는 단자기둥 및 가스켓 상부에 위치하는 단자플레이트를 포함하는 전극단자를 포함할 수 있다. 가스켓은 단자홀에 삽입되는 가스켓기둥 및 단자홈에 안착되며 상부가 평평한 가스켓플레이트를 포함하며, 단자플레이트 및 가스켓플레이트는 단자홈으로부 터 이격될 수 있다.
단자플레이트 및 가스켓플레이트의 제 1 측부 및 제 2 측부는 각각 단자홈의 제 1 측부 및 제 2 측부로부터 이격될 수 있다. 여기서, 단자플레이트의 제 1 측부와 단자홈의 제 1 측부 사이의 거리는 가스켓플레이트의 제 1 측부와 단자홈의 제 1 측부 사이의 거리와 동일할 수 있다. 또한, 단자플레이트의 제 2 측부와 단자홈의 제 2 측부 사이의 거리는 가스켓플레이트의 제 2 측부와 단자홈의 제 2 측부 사이의 거리와 동일할 수 있다.
단자플레이트의 내주부 및 가스켓플레이트의 내주부는 단자홈의 내주부로부터 이격될 수 있다. 여기서, 단자플레이트의 내주부와 단자홈의 내주부 사이의 거리는 가스켓플레이트의 내주부와 단자홈의 내주부 사이의 거리와 동일할 수 있다.
가스켓플레이트는 전극단자가 각형인 경우 가스켓플레이트의 제 1 측부로부터 단자홈의 제 1 측부를 향해 연장된 연장부를 더 포함할 수 있다. 연장부는 단자홈의 제 1 측부와 맞닿거나 이격될 수 있다.
또한, 가스켓플레이트는 전극단자가 원형인 경우 가스켓플레이트의 내주부로부터 단자홈의 내주부를 향해 연장된 연장부를 더 포함할 수 있다. 연장부는 단자홈의 내주부와 맞닿거나 이격될 수 있다.
이 때, 가스켓플레이트와 연장부의 두께는 동일할 수 있다.
가스켓플레이트는 연장부의 상부에 돌출부를 더 포함할 수 있다. 연장부와 돌출부의 두께의 합은 상기 단자홈의 깊이와 비교하여 같거나 작을 수 있다.
캡플레이트의 하부에는 절연플레이트가 위치할 수 있고, 가스켓 및 절연플레이트는 절연물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 캡플레이트의 장변측에 위치하는 가스켓의 일부가 타는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 가스켓의 일부가 용접에 의해 타거나 그을리더라도 외부에서 보이지 않도록 하여 미관을 좋게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 이차전지가 외부압력에 의하여 압축될 시, 캔과 전극단자를 초기에 단락시켜 내부발열을 줄이고, 폭발 등의 위험성을 미연에 방지할 수 있다.
후술하는 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차전지에 대하여 상세히 설명한다. 여기서 언급하는 이차전지는 리튬이온 이차전지를 지칭할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(1000)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캡조립체(300)의 평면도이고, 도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 실시예에 따른 캡조립체(300)를 A-A' 방향 및 B-B' 방향으로 바라본 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(1000)는 캔(100), 캔(100)의 내부에 수용되는 전극조립체(200), 캔(100)의 상단개구부(101)를 덮는 캡조립체(300)를 포함할 수 있다.
상기 캔(100)은 대략 직육면체의 형상을 가지며 일측부가 개구된 상단개구부(101)를 포함할 수 있다. 캔(100)은 금속재료로 이루어질 수 있고, 그 자체가 단자 역할을 수행할 수 있다. 캔(100)의 상단개구부(101)를 통해 후술하는 전극조립체(200)가 삽입될 수 있다.
상기 전극조립체(200)는 제 1 전극판(210), 제 2 전극판(220), 세퍼레이터(230)를 포함할 수 있다. 전극조립체(200)는 제 1 전극판(210)과 제 2 전극판(220) 사이에 세퍼레이터(230)가 위치하여, 젤리롤(Jelly-Roll) 형태로 권취될 수 있다.
상기 제 1 전극판(210)은 제 1 전극 집전체(미도시) 및 제 1 전극 활물질층(미도시)으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 전극 집전체는 제 1 전극판(210)이 양극인 경우, 도전성이 우수한 알루미늄(Al) 포일로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 전극 활물질층은 제 1 전극 집전체 상에 위치하고, 제 1 전극 활물질, 도전재료 및 바인더 등으로 이루어질 수 있다. 여기서 제 1 전극 활물질은 리튬코발트옥사이드(LiCoO2), 리튬망간옥사이드(LiMn2O4) 또는 리튬니켈옥사이드(LiNiO2) 등이 될 수 있다. 도전재료로는 카본블랙(carbon black) 등이 사용될 수 있다. 바인더로는 PVDF, SBR 또는 PTFE 등을 휘발성 용매인 NMP나 유기용제 또는 물 등으로 용해, 분산시켜 사용할 수 있다.
상기 제 1 전극 집전체는 양 측단에 제 1 전극 활물질층이 형성되지 않은 제 1 전극 무지부(미도시)를 구비할 수 있다. 제 1 전극 무지부에는 제 1 전극탭(217)이 부착되어 캔(100)의 상단개구부(101) 방향으로 돌출될 수 있다. 제 1 전극탭(217)은 알루미늄 등으로 이루어질 수 있다. 제 1 전극탭(217)이 전극조립체(200)로부터 인출되는 부분에는 캔(100) 이외의 부분과의 단락을 방지하기 위하여 제 1 절연테이프(미도시)가 형성될 수 있다.
상기 제 2 전극판(220)은 제 2 전극 집전체(미도시) 및 제 2 전극 활물질층(미도시)으로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 전극 집전체는 제 2 전극판(220)이 음극인 경우, 도전성이 우수한 구리(Cu) 포일로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 전극 활물질층은 상기 제 2 전극 집전체 상에 위치하며, 제 2 전극 활물질, 도전재료 및 바인더 등으로 이루어질 수 있다. 여기서 제 2 전극 활물 질은 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용될 수 있다. 대표적으로는 탄소(C) 계열 물질이 될 수 있다. 도전재료로는 카본블랙(carbon black) 등이 사용될 수 있다. 바인더로는 PVDF, SBR 또는 PTFE 등을 휘발성 용매인 NMP나 유기용제 또는 물 등으로 용해, 분산시켜 사용할 수 있다. 제 2 전극판(220)의 경우 제 2 전극 활물질 자체의 도전성이 높아 도전재료를 사용하지 않을 수 있다.
상기 제 2 전극 집전체는 양 측단에 제 2 전극 활물질층이 형성되지 않은 제 2 전극 무지부(미도시)를 구비할 수 있다. 제 2 전극 무지부에는 제 2 전극탭(227)이 부착되어 캔(100)의 상단개구부(101) 방향으로 돌출될 수 있다. 제 2 전극탭(227)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 등으로 이루어질 수 있다. 제 2 전극탭(227)이 전극조립체(200)로부터 인출되는 부분에는 전극단자(320) 이외의 부분과의 단락을 방지하기 위하여 제 2 절연테이프(미도시)가 형성될 수 있다.
상술한 설명에서는 제 1 전극판(210)이 양극, 제 2 전극판(220)이 음극인 경우를 예를 들어 설명하였으나 제 1 전극판(210)이 음극, 제 2 전극판(220)이 양극이 될 수도 있다. 이 경우 각각의 집전체 및 활물질층을 이루는 재료들은 서로 반대가 될 수 있다.
일반적으로 각형 이차전지(1000)에 있어서 단자 기능을 수행하는 캔(100)은 양극일 수 있다. 이 경우 제 1 전극판(210)이 양극이라면 젤리롤 전극조립체(200)의 최외각 전극판은 양극인 제 1 전극판(210)이 될 수 있다. 또한, 제 1 전극 판(210)이 음극이라면 젤리롤 전극조립체(200)의 최외각 전극판은 양극인 제 2 전극판(220)이 될 수 있다.
이하에서는 제 1 전극판(210)이 양극, 제 2 전극판(220)이 음극일 때의 실시예를 가정하여 설명을 전개해 나가기로 한다.
상기 세퍼레이터(230)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성막으로 이루어질 수 있다. 세퍼레이터(230)는 전극조립체(200)에서 제 1 전극판(210)과 제 2 전극판(220)과의 전자전도를 차단하고 리튬 이온의 이동을 원활히 할 수 있다. 세퍼레이터(230)는 제 1 전극판(210)과 제 2 전극판(220)의 접촉을 방지하는 역할 외에 외부쇼트 등으로 인한 이차전지(1000)의 온도 상승시 셧다운(Shut-down) 등을 통해 온도 상승을 방지하는 역할을 할 수 있다.
상기 전극조립체(200)에서는 충전시 리튬 이온이 제 1 전극판(210)으로부터 제 2 전극판(220)으로 이동하여 도프(intercalation)될 수 있다. 방전시에는 리튬 이온이 제 2 전극판(220)으로부터 제 1 전극판(210)으로 탈도프(deintercalation)되며 외부 전원에 전압을 인가할 수 있다.
상기 캡조립체(300)는 캡플레이트(310), 전극단자(320), 가스켓(330), 절연플레이트(340) 및 터미널플레이트(350)를 포함할 수 있다. 캡조립체(300)는 절연케이스(360)와 함께 캔(100)의 상단개구부(101)에서 전극조립체(200)와 결합되어 캔(100)을 밀봉할 수 있다.
이하에서, 캡조립체(300)에 관하여 도 2 내지 도 4을 참조하여, 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 캡조립체(300)는 캡플레이트(310), 전극단자(320), 가스켓(330), 절연플레이트(340) 및 터미널플레이트(350)를 포함할 수 있다.
상기 캡플레이트(310)는 사각의 평판형으로 이루어지며 중앙에는 단자홈(313) 및 단자홀(315)이 형성될 수 있다. 캡플레이트(310)의 일측에는 전해액 주입구 및 안전 벤트 등이 형성될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 주요한 사항이 아니다. 따라서, 전해액 주입구 및 안전 벤트는 도면 및 설명에서 생략하기로 한다. 캡플레이트(310)는 캔(100)의 상단개구부(101)와 상응하는 크기를 가지는 금속판으로 이루어질 수 있다. 여기서 단자홈(313)은 후술하는 단자플레이트(323)의 형상과 동일하게 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 단자플레이트(323)가 각형 형상인 경우를 설명하기로 하며, 바람직하게는 단자플레이트(323)가 직사각 형상인 경우를 설명하기로 한다. 직사각 형상의 단자홈(313)에서, 장변측을 제 1 측부(313a), 단변측을 제 2 측부(313b)로 정의하기로 한다. 단자홀(315)은 단자홈(313)의 중앙부에 위치하며, 캔(100)의 하부 방향을 향해 원통형으로 이루어질 수 있다. 캡플레이트(310)는 제 1 전극탭(217)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 전극단자(320)는 후술하는 가스켓(330)의 상부에 위치하며, 가스켓(330)의 센터홀(331)에 삽입되는 단자기둥(321) 및 상기 가스켓(330)의 상부에 위치하는 단자플레이트(323)를 포함할 수 있다. 단자기둥(321)은 단자홀(315) 및 센터홀(331)에 삽입될 수 있도록 원통 형상을 가질 수 있다. 단자플레이트(323)에서 장변측을 제 1 측부(323a), 단변측을 제 2 측부(323b)로 정의하기로 한다. 단자기둥(321)은 전극조립체(200)의 제 2 전극탭(227)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 가스켓(330)은 가스켓기둥(331) 및 가스켓플레이트(333)를 포함할 수 있다. 가스켓기둥(331)은 단자홈(313)에 삽입될 수 있다. 가스켓기둥(331)은 중앙에 원통형의 센터홀을 포함하며, 단자홀(315)에 삽입될 수 있도록 원통 기둥 형상을 가질 수 있다. 가스켓플레이트(333)는 단자홈(313)에 안착될 수 있다. 가스켓(330)은 가스켓플레이트(333)의 중앙으로부터 가스켓기둥(331)의 말단까지 형성되어 있는 센터홀(335)을 포함할 수 있다. 가스켓플레이트(333)는 단자홈(313)에 안착될 수 있도록 단자홈(313)과 같은 직사각 형상을 가질 수 있다. 즉, 단자홈(313), 가스켓플레이트(333) 및 단자플레이트(323)는 모두 직사각 형상을 가질 수 있다. 가스켓플레이트(333)에서, 장변측을 제 1 측부(333a), 단변측을 제 2 측부(334b)로 정의할 수 있다. 가스켓(330)은 고무 등을 비롯한 절연물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 가스켓(330)은 음극인 전극단자(320)와 양극인 캡플레이트(310)를 절연시킬 수 있다.
상기 절연플레이트(340)는 캡플레이트(310)의 하면에 결합될 수 있고 가스켓(330)을 만드는 절연물질로 이루어질 수 있다. 터미널플레이트(350)는 상기 절연플레이트(340)의 하면에 결합될 수 있고, 니켈 합금으로 형성될 수 있다. 절연플레이트(340) 및 터미널플레이트(350)도 직사각의 평판 형상을 가질 수 있다. 단자기둥(321)은 절연플레이트(340) 및 터미널플레이트(350)에 삽입된 후 일부가 돌출된 다. 단자기둥(321)의 돌출된 부분은 스피닝 공정을 통해 터미널플레이트(350)의 홀 주위에 압착될 수 있다.
베어셀은 캡조립체(300)와 전극조립체(200)가 수용된 캔(100)의 상단개구부(101)가 결합되어 형성될 수 있다. 이 때, 상기 캡플레이트(310)의 외곽부(X)와 캔(100)의 상단개구부(101)를 이루는 외곽부(102)는 용접에 의하여 견고하게 봉해질 수 있다.
일반적으로 가스켓은 전극단자의 외측을 감싸는 구조로 형성될 수 있다. 그런데, 캡플레이트 상에서 캔과 캡플레이트가 용접되는 위치와 가스켓의 위치가 매우 근접하여, 용접시 가스켓 일부가 타는 경우가 빈번하게 발생하곤 한다. 가스켓은 캡플레이트와 전극단자를 절연시키는 절연물질로 이루어지기 때문에 용접시 발생하는 열에 매우 약하다.
보다 상세히 설명하면, 최근 휴대용 전자기기의 경박단소 추세에 따라, 대부분의 전자기기에 전력공급원으로 사용되는 이차전지 또한 사이즈를 줄여가는 추세에 있다. 이에 따라, 캡플레이트 또한 그 사이즈가 축소되어 가고 있다. 따라서, 캡플레이트에서 용접되는 외곽부와 가스켓 사이의 거리 또한 축소되어, 정밀한 용접을 하더라도 용접시 발생하는 열에 의해 가스켓의 일부가 타거나 그을릴 수 있다. 또한, 캡플레이트의 사이즈가 줄어들수록 저항용접 또는 레이저 용접시 용접위치를 정밀하게 조준하는 공정은 매우 어렵다. 따라서, 수백 마이크로미터의 용접 위치의 오차에도 가스켓이 탈 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 전극단자(320)의 단자플레이트(323) 및 상기 가스켓(330)의 가스켓플레이트(333)는 상기 단자홈(313)으로부터 이격되어 형성될 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 단자플레이트(323)의 제 1 측부(323a) 및 가스켓플레이트(333)의 제 1 측부(333a)는 상기 단자홈(313)의 제 1 측부(313a)로부터 이격될 수 있다. 보다 바람직하게, 단자홈(313)의 제 1 측부(313a)로부터 가스켓플레이트(333)의 제 1 측부(333a) 사이의 거리(L1)는 단자홈(313)의 제 1 측부(313a)로부터 단자플레이트(323)의 제 1 측부(323a) 사이의 거리(L2)와 동일할 수 있다.
상술한 구조하에서, 가스켓(330)은 캔(100)과 캡플레이트(310)가 용접되는 위치로부터 일정 거리를 유지할 수 있다. 따라서, 용접에 의해 가스켓(330)이 타는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 가스켓(330)이 캡플레이트(310)의 내부에만 위치하므로, 용접시 발생하는 열에 직접적으로 노출되지 않아 가스켓(330)이 녹거나 그을려지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 용접시 조준 오차나 강한 열에 의해 가스켓(330)이 타거나 그을리더라도, 가스켓(330)이 캡플레이트(310)의 내부에 있으므로, 이차전지(1000)의 미관을 좋게 할 수 있다.
또한, 단자플레이트(323)의 제 2 측부(323b) 및 가스켓플레이트(333)의 제 2 측부(334b)는 상기 단자홈(313)의 제 2 측부(313b)로부터 이격될 수 있다. 보다 바람직하게, 단자홈(313)의 제 2 측부(313b)로부터 가스켓플레이트(333)의 제 2 측부(334b) 사이의 거리(L3)는 단자홈(313)의 제 2 측부로(313b)부터 단자플레이트(323)의 제 2 측부(323b) 사이의 거리(L4)와 동일할 수 있다.
상술한 구조하에서, 이차전지(1000)가 종방향으로 압축력을 받을 때, 음극인 단자플레이트(323)와 양극인 캡플레이트(310)가 서로 닿아 단락될 수 있다. 이는 저항값이 작은 금속으로 이루어진 단자플레이트(323)와 캡플레이트(310)를 미리 단락시킴으로서 내부의 전극조립체(200)의 쇼트로 인한 발열 및 폭발의 위험성을 줄일 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 캡조립체(400, 500)를 B-B 방향으로 바라본 종단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 캡조립체(400)에서 가스켓플레이트(433)는 도 4의 가스켓플레이트(333)의 제 1 측부(333a)로부터 단자홈(313)의 제 1 측부(313a)를 향해 연장된 연장부(335)를 더 포함할 수 있다. 연장부(335)는 육면체, 보다 상세하게는 직육면체의 형상을 가질 수 있다. 상기 연장부(335)는 단자홈(313)의 제 1 측부(313a)와 맞닿거나 이격될 수 있다.
연장부(335)는 전극단자(320)와 캡플레이트(310) 사이를 전극단자(320)와 캡플레이트(310) 사이에 형성된 빈 공간을 채워 전극단자(320)의 유동성을 억제할 수 있다. 또한 캡플레이트(310)와 전극단자(320) 사이의 절연성을 강화시킬 수 있다.
이 때, 연장부(335)를 포함하는 가스켓플레이트(433)는 도 4에 도시된 가스켓플레이트(333)와 비교하여, 용접시 타거나 그을리는 확률은 더 클 수 있다. 그러나 연장부(335)는 캡플레이트(310)와 전극단자(320) 사이의 내부에 있으므로, 가스켓이 캡플레이트(310) 상부에 위치할 때 보다, 용접에 의해 타거나 그을리는 양을 줄일 수 있다. 또한, 연장부(335)는 용접에 의해 일부 타거나 그을리더라도 외부에서 보이지 않으므로, 이차전지(1000)의 미관을 좋게 할 수 있다.
이 때, 가스켓플레이트(333)의 두께(T1)와 연장부(335)의 두께(T2)를 동일하게 형성할 수 있다. 이는 가스켓플레이트(333)와 연장부(335)를 별도로 제조해야 하는 공정의 번거로움을 제거할 수 있다.
도 6을 참조하면, 캡조립체(500)에서 가스켓플레이트(533)는 연장부(335)의 상부에 돌출부(337)를 더 포함할 수 있다. 돌출부(337)은 육면체, 보다 상세하게는 직육면체 형상을 가질 수 있다.
상기 돌출부(337) 또한 전극단자(320)와 캡플레이트(310) 사이를 전극단자와 캡플레이트(310) 사이에 형성된 빈 공간을 채워 전극단자(320)의 유동성을 억제할 수 있다. 또한, 캡플레이트(310)와 전극단자(320) 사이의 절연성을 강화시킬 수 있다.
이 때, 돌출부(337)를 포함하는 가스켓플레이트(533)는 도 4에 도시된 가스켓플레이트(333)와 비교하여, 용접시 타거나 그을리는 확률은 더 크다. 그러나 돌출부(337) 또한 캡플레이트(310)와 전극단자(320) 사이의 내부에 있으므로, 가스켓(330) 캡플레이트(310) 상부에 위치할 때 보다, 용접에 의해 타거나 그을리는 양을 줄일 수 있다. 또한, 돌출부(337)는 용접에 의해 일부 타거나 그을리더라도 외부에서 보이지 않으므로, 이차전지(1000)의 미관을 좋게 할 수 있다.
상기 연장부(335)의 두께(T2)와 돌출부(337)의 두께(T3)의 합은 단자홈(313)의 깊이(D1)와 비교하여 같거나 작을 수 있다. 연장부(335)의 두께와 돌출부(337)의 두께의 합(T2+T3)이 단자홈(313)의 깊이(D1)보다 크다면 가스켓플레이트(533)가 캡플레이트(310) 상부로 돌출되어, 용접에 의해 타거나 그을릴 확률이 커지게 되고, 외부에서도 타거나 그을린 부분이 보이기 되어 미관상 좋지 않다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡조립체(600)의 평면도이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡조립체(600)를 C-C' 방향 및 D-D' 방향으로 바라본 종단면도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 캡조립체(600)는 캡플레이트(610), 전극단자(620), 가스켓, 절연플레이트(640) 및 터미널플레이트(660)를 포함할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예 따른 전극단자(620)의 단자플레이트(623)는 원 형상을 가질 수 있다.
상기 캡플레이트(610)는 사각의 평판형으로 이루어지며 중앙에는 단자홈(613) 및 단자홀이 형성될 수 있다. 단자홈(613)은 단자플레이트(623)의 형상과 같이 원으로 이루어질 수 있다. 캡플레이트(610)에서 단자홈(613)을 형성시키는 단차가 이루어진 부분을 단자홈(613)의 내주부(613c)로 정의하기로 한다. 단자홀은 단자홈(613)의 중앙부에 위치하며, 캔(100)의 하부 방향을 향해 원통형으로 이루어질 수 있다. 캡플레이트(610)는 제 1 전극탭(217)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 전극단자(620)는 후술하는 가스켓(630)의 상부에 위치하며, 가스켓(630)의 센터홀에 삽입되는 단자기둥(621) 및 상기 가스켓(630)의 상부에 위치하는 단자플레이트(623)를 포함할 수 있다. 단자기둥(621)은 단자홀 및 센터홀에 삽입될 수 있도록 원통 형상을 가질 수 있다. 단자플레이트(623)의 둘레를 형성하는 외곽을 내주부(623c)로 정의하기로 한다. 단자기둥(621)은 전극조립체(200)의 제 2 전극탭(227)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 가스켓(630)은 가스켓기둥(631) 및 가스켓플레이트(633)를 포함할 수 있다. 가스켓기둥(631)은 단자홈(613)에 삽입될 수 있다. 가스켓기둥(631)은 중앙에 원통형의 센터홀을 포함하며, 단자홀에 삽입될 수 있도록 원통 기둥 형상을 가질 수 있다. 가스켓플레이트(633)는 단자홈(613)에 안착될 수 있다. 가스켓(630)은 가스켓플레이트(633)의 중앙으로부터 가스켓기둥(631)의 말단까지 형성되어 있는 센터홀을 포함할 수 있다. 가스켓플레이트(633)는 단자홈(613)에 안착될 수 있도록 단자홈(613)과 같은 원 형상을 가질 수 있다. 즉, 단자홈(613), 가스켓플레이트(633) 및 단자플레이트(623)는 모두 원 형상을 가질 수 있다. 가스켓플레이트(633)의 둘레를 형성하는 외곽을 내주부(633c)로 정의하기로 한다. 가스켓(630)은 고무 등을 비롯한 절연물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 가스켓(630)은 음극인 전극단자(620)와 양극인 캡플레이트(610)를 절연시킬 수 있다.
상기 절연플레이트(640)는 캡플레이트(610)의 하면에 결합될 수 있고 가스켓(630)을 만드는 절연물질로 이루어질 수 있다. 터미널플레이트(660)는 상기 절연 플레이트(340)의 하면에 결합될 수 있고, 니켈 합금으로 형성될 수 있다. 절연플레이트(640) 및 터미널플레이트(650)도 직사각의 평판 형상을 가질 수 있다. 단자기둥(621)은 절연플레이트(640) 및 터미널플레이트(650)에 삽입된 후 일부가 돌출된다. 단자기둥(621)의 돌출된 부분은 스피닝 공정을 통해 터미널플레이트(650)의 홀 주위에 압착될 수 있다.
상기 전극단자(620)의 단자플레이트(623) 및 상기 가스켓의 가스켓플레이트(633)는 상기 단자홈(613)으로부터 이격되어 형성될 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 단자플레이트(623)의 내주부(623c) 및 가스켓플레이트(633)의 내주부(633c)는 단자홈(613)의 내주부(613c)로부터 이격될 수 있다. 보다 바람직하게, 단자홈(613)의 내주부(613c)로부터 가스켓플레이트(633)의 내주부(633c) 사이의 거리(L1)는 단자홈(613)의 내주부(613c)로부터 단자플레이트(623)의 내주부(623c) 사이의 거리(L2)와 동일할 수 있다.
상술한 구조하에서, 가스켓(630)은 캔과 캡플레이트(610)가 용접되는 위치로부터 일정 거리를 유지할 수 있다. 따라서, 용접에 의해 가스켓(630)이 타는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한 가스켓(630)이 캡플레이트(610)의 내부에만 위치하므로, 용접시 발생하는 열에 직접적으로 노출되지 않아 가스켓(630)이 녹거나 그을려지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 용접시 조준 오차나 강한 열에 의해 가스켓이 타거나 그을리더라도, 가스켓(630)이 캡플레이트(610)의 내부에 있으므로, 이차전지(1000)의 미관을 좋게 할 수 있다.
또한, 이차전지가 종방향으로 압축력을 받을 때, 음극인 단자플레이트(623)와 양극인 캡플레이트(610)가 서로 닿아 단락될 수 있다. 이는 저항값이 작은 금속으로 이루어진 단자플레이트(623)와 캡플레이트(610)를 미리 단락시킴으로서 내부의 전극조립체(200)의 쇼트로 인한 발열 및 폭발의 위험성을 줄일 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 캡조립체(700, 800)를 D-D' 방향으로 바라본 종단면도이다.
도 11을 참조하면, 상기 가스켓플레이트(733)는 도 9의 가스켓플레이트(633)의 내주부(633c)로부터 상기 단자홈(613)의 내주부(613c)를 향해 연장된 연장부(635)를 더 포함할 수 있다. 연장부(635)는 외부면이 평평한 링 형상을 가질 수 있다. 상기 연장부(635)는 단자홈(613)의 내주부와 맞닿거나 이격될 수 있다.
연장부(635)는 전극단자(620)와 캡플레이트(610) 사이를 전극단자(620)와 캡플레이트(610) 사이에 형성된 빈 공간을 채워 전극단자(620)의 유동성을 억제할 수 있다. 또한 캡플레이트(610)와 전극단자(620) 사이의 절연성을 강화시킬 수 있다.
이 때, 연장부(635)를 포함하는 가스켓플레이트(733)는 도 9에 도시된 가스켓플레이트(633)와 비교하여, 용접시 타거나 그을리는 확률은 더 크다. 그러나 연장부(635)는 캡플레이트(610)와 전극단자(620) 사이의 내부에 있으므로, 가스켓이 캡플레이트(610) 상부에 위치할 때 보다, 용접에 의해 타거나 그을리는 양을 줄일 수 있다. 또한, 연장부(635)는 용접에 의해 일부 타거나 그을리더라도 외부에서 보이지 않으므로, 이차전지의 미관을 좋게 할 수 있다.
이 때, 가스켓플레이트(633)의 두께(T1)와 연장부(635)의 두께(T2)를 동일하게 형성할 수 있다. 이는 가스켓플레이트(633)와 연장부(635)를 별도로 제조해야 하는 공정의 번거로움을 제거할 수 있다.
도 11을 참조하면, 캡조립체(800)에서 가스켓플레이트(833)는 연장부(635)의 상부에 돌출부(637)를 더 포함할 수 있다. 돌출부(637)은 외부면이 평평한 링 형상 을 가질 수 있다.
상기 돌출부(637) 또한 전극단자(620)와 캡플레이트(610) 사이를 전극단자(620)와 캡플레이트(610) 사이에 형성된 빈 공간을 채워 전극단자(620)의 유동성을 억제할 수 있다. 또한, 캡플레이트(610)와 전극단자(620) 사이의 절연성을 강화시킬 수 있다.
이 때, 돌출부(637)를 포함하는 가스켓플레이트(633)는 도 9에 도시된 가스켓플레이트(633)와 비교하여, 용접시 타거나 그을리는 확률은 더 클 수 있다. 그러나 돌출부(637) 또한 캡플레이트(610)와 전극단자(620) 사이의 내부에 있으므로, 가스켓(630)이 캡플레이트(610) 상부에 위치할 때 보다, 용접에 의해 타거나 그을리는 양을 줄일 수 있다. 또한, 돌출부(637)는 용접에 의해 일부 타거나 그을리더라도 외부에서 보이지 않으므로, 이차전지의 미관을 좋게 할 수 있다.
상기 연장부(635)의 두께(T2)와 돌출부(637)의 두께(T3)의 합은 단자홈(613)의 깊이(D1)와 비교하여 같거나 작을 수 있다. 연장부(635)의 두께와 돌출부(637)의 두께의 합(T2+T3)이 단자홈(613)의 깊이(D1)보다 크다면 가스켓플레이트(833)가 캡플레이트(610) 상부로 돌출되어, 용접에 의해 타거나 그을릴 확률이 커지게 되고, 외부에서도 타거나 그을린 부분이 보이기 되어 미관상 좋지 않다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그 러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캡조립체의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 캡조립체를 A-A'방향으로 바라본 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 캡조립체를 B-B'방향으로 바라본 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡조립체를 B-B'방향으로 바라본 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡조립체를 B-B'방향으로 바라본 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡조립체의 평면도이다.
도 8는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡조립체를 C-C'방향으로 바라본 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡조립체를 D-D'방향으로 바라본 종단면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 캡조립체를 D-D' 방향으로 바라본 종단면도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1000 : 이차전지
300 : 캡조립체
310 : 캡플레이트
320 : 전극단자
330 : 가스켓

Claims (16)

  1. 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 캔 및 상기 캔을 덮는 캡조립체를 포함하고, 상기 캡조립체는
    단자홀 및 단자홈을 포함하는 캡플레이트;
    상기 캡플레이트와 결합되며 센터홀을 포함하는 가스켓; 및
    상기 센터홀에 삽입되는 단자기둥 및 상기 가스켓 상부에 위치하는 단자플레이트를 포함하는 전극단자;
    를 포함하며, 상기 가스켓은
    상기 단자홀에 삽입되는 가스켓기둥; 및
    상기 단자홈에 안착되며, 상부가 평평한 가스켓플레이트;
    를 포함하며, 상기 단자플레이트 및 상기 가스켓플레이트는 상기 단자홈으로부터 이격된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자플레이트의 제 1 측부 및 상기 가스켓플레이트의 제 1 측부는 상기 단자홈의 제 1 측부로부터 이격된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단자플레이트의 제 1 측부와 상기 단자홈의 제 1 측부 사이의 거리는 상기 가스켓플레이트의 제 1 측부와 상기 단자홈의 제 1 측부 사이의 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자플레이트의 제 2 측부 및 상기 가스켓플레이트의 제 2 측부는 상기 단자홈의 제 2 측부로부터 이격된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단자플레이트의 제 2 측부와 상기 단자홈의 제 2 측부 사이의 거리는 상기 가스켓플레이트의 제 2 측부와 상기 단자홈의 제 2 측부 사이의 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자플레이트의 내주부 및 상기 가스켓플레이트의 내주부는 상기 단자홈의 내주부로부터 이격된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 단자플레이트의 내주부와 상기 단자홈의 내주부 사이의 거리는 상기 가스켓플레이트의 내주부와 상기 단자홈의 내주부 사이의 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스켓플레이트는 상기 가스켓플레이트의 제 1 측부로부터 상기 단자홈의 제 1 측부를 향해 연장된 연장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스켓플레이트는 상기 가스켓플레이트의 내주부로부터 상기 단자홈의 내주부를 향해 연장된 연장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 단자홈의 제 1 측부와 맞닿거나 이격된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 단자홈의 내주부와 이격된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 가스켓플레이트의 두께와 상기 연장부의 두께는 동일한 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 가스켓플레이트는 상기 연장부의 상부에 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연장부의 두께와 상기 돌출부의 두께의 합은 상기 단자홈의 깊이와 비교하여 같거나 작은 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡플레이트의 하부에는 절연플레이트가 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 가스켓 및 상기 절연플레이트는 절연물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
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