KR101093401B1 - 캡 업 플레이트 및 이를 구비하는 원통형 이차전지 - Google Patents

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Abstract

캡 업 플레이트 및 이를 구비하는 원통형 이차전지가 개시된다. 캡 업 플레이트는 이차전지의 캡 조립체용 캡 업 플레이트로서, 베이스 플레이트, 및 베이스 플레이트의 일면 상으로 돌출되며 평탄 구간을 구비하는 단자부를 포함한다. 평탄 구간의 단부는 베이스 플레이트와 단자부의 경계 상에서 베이스 플레이트 측으로 연장하여 베이스 플레이트와 중첩되도록 위치한다.
이차전지, 원통형, 캡 조립체, 캡 업 플레이트, 단자부, 평탄 구간, 확장

Description

캡 업 플레이트 및 이를 구비하는 원통형 이차전지{Cap Up Plate and Cylinderical Secondary Battery Having the Same}
본 발명은 이차전지의 캡 조립체에 이용되며 용접성을 향상시키면서 가스 방출용 개구부의 크기를 증가시킬 수 있는 캡 업 플레이트, 및 이 캡 업 플레이트를 구비하는 원통형 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행되면서 이차전지에 대한 개발 및 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이차전지는 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 그 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능하며, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 각종 첨단 전자기기 분야에 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 케이스의 형상에 따라 각형 또는 원통형의 캔을 구비하는 이차전지와, 파우치 타입의 케이스를 구비하는 이차전지로 구분된다. 그 중에서 원통형 이차전지는 양극판, 음극판과 세퍼레이터가 젤리롤 타입으로 권취된 전극조립 체와, 전극조립체와 전해액을 수용하는 원통형 캔과, 원통형 캔을 밀봉하며 전극조립체와 외부 장치 간의 전류 통로를 형성하는 캡 조립체를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에서는 이차전지의 캡 조립체에 이용되며, 용접성을 향상시키면서 내부 가스 방출용 개구부의 크기를 증가시킬 수 있는 캡 업 플레이트를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 전술한 캡 업 플레이트를 구비함으로써 배터리 팩의 제조 등에 더욱 적합한 원통형 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 베이스 플레이트; 및 베이스 플레이트의 일면 상으로 돌출되며 평탄 구간을 구비하는 단자부를 포함하는 이차전지의 캡 조립체용 캡 업 플레이트가 제공된다. 평탄 구간의 단부는 베이스 플레이트와 단자부의 경계 상에서 베이스 플레이트 측으로 연장하여 베이스 플레이트와 중첩되도록 위치한다.
일 실시예에서, 단자부는 평탄 구간과 베이스 플레이트와의 사이에 절곡부를 구비한다. 절곡부는, 평탄 구간 측으로 베이스 플레이트가 연장되는 선과 이루는 각이 직각을 초과하는 각도로 절곡된다.
일 실시예에서, 캡 업 플레이트는 절곡부에 적어도 하나의 개구부를 포함한다. 적어도 하나의 개구부는 절곡부 상에서 등간격으로 위치하는 복수의 개구부들로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 단자부는 베이스 플레이트의 중앙부에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 베이스 플레이트는 단자부를 둘러싸는 원형 링 형상을 구비 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 일단 개구부를 구비하는 원통형 캔; 원통형 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체; 및 일단 개구부를 덮으며, 원통형 캔의 내압 상승시 변형 또는 파단되는 안전 벤트와, 안전 벤트의 일면에 결합하며 전극 조립체와 외부 간의 전류 통로를 형성하는 캡 업 플레이트를 구비하는 캡 조립체를 포함하는 원통형 이차전지가 제공된다. 캡 업 플레이트는 전술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 캡 업 플레이트이다.
일 실시예에서, 캡 조립체는 안전 벤트의 일면에 이차안전소자를 더 구비한다. 이차안전소자는 전극 조립체와 캡 업 플레이트 사이에 전기적으로 직렬 연결된다.
일 실시예에서, 원통형 이차전지는 원통형 캔과 캡 조립체 사이에 위치하는 가스켓을 더 포함한다.
본 실시예들에 의하면, 캡 업 플레이트의 단자부를 형성할 때, 절곡부를 외측으로 경사지게 형성함으로써 단자부의 평탄 구간을 용이하게 확장할 수 있다. 따라서, 단자부의 넓은 평탄 구간으로 인해 외부 장치에 대한 캡 업 플레이트의 용접성을 향상시킬 수 있다. 또한, 평탄 구간과 단자부의 주변부 사이에 위치하는 개구부(벤트 홀)의 크기를 증가시킴으로써 원통형 이차전지의 과도한 내압 상승에 따른 가스 분출을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 원통형 이차전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 아울러, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장될 수 있으며 실제의 층 두께나 크기와 다를 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 캡 업 플레이트에 대한 개략적인 사시도이다.
도 1을 참조하면, 캡 업 플레이트(10)는 베이스 플레이트(12), 및 베이스 플레이트(12)의 일면 상으로 돌출되는 단자부(14)를 구비한다. 단자부(14)는 평탄 구간(14a)과, 이 평탄 구간(14a)과 베이스 플레이트(12)를 연결하는 절곡부(16)를 구비한다.
본 실시예의 캡 업 플레이트(10)에서는 단자부(14)의 평탄 구간(14a)의 단부가 베이스 플레이트(12)와 단자부(14)의 경계 또는 절곡부(16)와 베이스 플레이트(12)와의 경계 상에서 베이스 플레이트(12) 측으로 연장하여 베이스 플레이트(12)와 중첩되도록 위치한다. 이러한 구성에 의하면, 예컨대 직경 약 4.0㎜의 좁 은 평탄 구간이 확장되고, 그것에 의해 평탄 구간(14a)에 연결단자 등의 외부 장치를 용접하기가 더욱 용이해진다.
일 실시예에서, 베이스 플레이트(12)와 단자부(14)는 단일 부재를 성형함으로써 일체로 형성될 수 있다. 단일 부재로는 알루미늄 합금, 또는 니켈(Ni)을 도금한 SPCE(냉간압연강판) 등의 도전성 재료가 이용될 수 있다.
도 2는 또 다른 일 실시예에 따른 캡 업 플레이트에 대한 개략적인 사시도이다. 도 3은 도 2의 캡 업 플레이트에 대한 개략적인 단면도이다. 도 4는 도 2의 캡 업 플레이트에 대한 평면도이다. 도 4에서 절곡부와 개구부는 설명의 편의상 투영되어 도시되어 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 캡 업 플레이트(10a)는 베이스 플레이트(12), 및 베이스 플레이트(12)의 일면 상으로 돌출되는 단자부(14)를 구비한다. 단자부(14)는 평탄 구간(14a), 및 이 평탄 구간(14a)과 베이스 플레이트(12)를 연결하는 절곡부(16)를 구비한다. 절곡부(16)에는 적어도 하나의 개구부(18)가 구비된다.
단자부(14)는 베이스 플레이트(12)의 중앙부에 위치하는 것이 바람직하다. 베이스 플레이트(12)는 단자부(14)의 주변부에 해당한다. 베이스 플레이트(12)는 단자부(14)를 둘러싸는 원형 링 형상을 구비할 수 있다.
평탄 구간(14a)은 기본적으로 단자부(14)에서 평평한 외표면이 위치하는 부분을 지칭한다. 일 실시예에서, 평탄 구간(14a)은 유연한 평탄도를 가질 수 있다. 예를 들면, 평탄 구간(14a)은 약간 볼록하거나 약간 오목할 수 있다. 즉, 평탄 구간(14a)은 예를 들어 배터리 팩의 제조시 원통형 이차전지의 단자부에 대향하는 캔 바닥면이나 별도의 연결단자-(예컨대, 두 원통형 이차전지들을 연결하기 위한 인터커텍터)-의 용접면과 접할 때, 전술한 캔 바닥면이나 용접면에 용접되는 부분이며, 본 실시예의 캡 업 플레이트(10a)를 구비한 원통형 이차전지의 전류 통로가 된다. 평탄 구간(14a)이 넓으면, 대전류 흐름에 더욱 적합하다.
절곡부(16)는 베이스 플레이트(12)의 일면 상에서 평탄 구간(14a)이 돌출되어 위치하도록 이들 사이를 소정 간격 이격시킨다.
특히, 본 실시예의 캡 업 플레이트(10a)의 절곡부(16)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 평탄 구간(14a) 측으로 베이스 플레이트(12)가 연장되는 선과 이루는 각이 직각을 초과하는 각도(θ)로 절곡된다. 즉, 절곡부(16)는, 평탄 구간(14a) 측으로 베이스 플레이트(12)가 연장하는 x 방향에 대하여, 직각을 초과하는 각도(θ)만큼 절곡된 방향(A)으로 연장하도록 구비된다.
전술한 절곡부(16)에 의하면, 평탄 구간(14a)의 면적이 확장된다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 평탄 구간의 단부(14b)는 절곡부(16)와 베이스 플레이트의 경계(12a) 상에서 베이스 플레이트(12)와 중첩되도록 외측으로 연장되어 위치하고 있다.
또한, 전술한 절곡부(16)의 구조에 의하면, 절곡부가 베이스 플레이트(12)에 대하여 직각으로 형성되는 경우(비교예)에 비하여 개구부(18)의 크기를 증가시킬 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 개구부(18)는 A방향으로 기울어져 위치한다. 따라서, 본 실시예의 개구부(18)의 A방향에서의 길이는 y방향으로 연장하는 절곡부에 구비되는 개구부(비교예)의 y방향에서의 길이에 비해 길다. 그러므로, x 방 향 및 y 방향 모두에 직교하는 방향(예컨대, z방향)에서 개구부들의 길이가 동일하다고 할 때, 본 실시예의 개구부(18)의 크기는 비교예의 개구부의 크기보다 크다. 전술한 개구부의 구성에 의하면, 개구부의 크기가 확장됨으로써, 가스 흐름(분출)을 용이하게 하여 원통형 이차전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 캡 업 플레이트를 구비하는 원통형 이차전지의 부분 단면도이다.
도 5를 참조하면, 원통형 이차전지(100)는 전극 조립체(110)와, 전극 조립체(110)가 내부에 삽입되는 원통형 캔(120)과, 원통형 캔(120)의 내부에 전극 조립체(110)가 삽입된 상태에서 원통형 캔(120)의 상단 개구부에 결합되는 캡 조립체(130)와, 캡 조립체(130)가 안착되는 원통형 캔(120)의 상단 개구부의 내주면에 설치되는 가스켓(140)을 포함하여 구성된다.
본 실시예의 원통형 이차전지(100)에서 캡 조립체(130)의 캡 업 플레이트(10a)는 후술한 비딩부(131e)를 제외하고 도 2 내지 도 4를 참조하여 앞서 설명한 캡 업 플레이트와 실질적으로 동일하다.
즉, 본 실시예의 원통형 이차전지(100)의 캡 업 플레이트(10a)에 있어서, 단자부(131a)와 베이스 플레이트(131b)의 경계 상에서 단자부의 평탄 구간의 가장자리는 베이스 플레이트(131b) 측으로 연장하여 베이스 플레이트(131b)와 중첩되도록 위치한다. 예를 들면, 캡 업 플레이트(10a)가 원 형상을 구비하고 그 반지름이 r1이라 할 때, 중심점에서 단자부(131a)와 베이스 플레이트(131b)의 경계까지의 거리(r3)는 캡 업 플레이트(10a)의 반지름(r1)에서 베이스 플레이트(131b)의 폭(r4) 을 뺀 길이가 된다. 이처럼, 본 실시예의 단자부(131a)의 평탄 구간의 반지름(r2)은 전술한 거리(r3)보다 크다.
본 실시예의 캡 업 플레이트(10a)에 의하면, 평탄 구간의 면적은 확장된다. 아울러, 경사진 굴곡부(131c)에 구비된 개구부(131d)의 크기도 확장된다. 따라서, 원통형 이차전지(100)의 용접성과 안정성이 향상될 수 있다.
각 구성요소를 좀더 상세히 설명하면, 전극조립체(110)는 양극집전체의 표면에 양극활물질층이 코팅된 양극판(111)과, 음극집전체의 표면에 음극활물질층이 코팅된 음극판(112)과, 양극판(111) 및 음극판(112) 사이에 위치하며 양극판(111)과 음극판(112)을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터(113)가 젤리-롤 형상으로 권취되어 이루어진다. 전극조립체(110)의 상부에는 양극탭(114)이 캡 조립체(130)와 연결되고, 하부에는 음극탭(미도시)이 원통형 캔(120)의 바닥면(미도시)에 연결된다.
원통형 캔(120)은 전극조립체(110)가 수용되는 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통체인 측면판(121)과, 측면판(121)의 하부를 밀폐하는 하면판(122)으로 이루어진다. 원통형 캔(120)은 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 경량의 전도성 금속을 이용하여 딥 드로잉 등의 가공 방법으로 형성될 수 있다. 원통형 캔(120)의 상단 개구부는 전극조립체(100)를 삽입한 후에 밀폐하도록 개방되어 있다. 원통형 캔(120)의 상부에는 전극조립체(100)의 유동을 방지하기 위한 비딩부(123)가 구비된다. 그리고 원통형 캔(120)의 최상단부에는 캡 조립체(130)를 고정하기 위한 크림핑부(124)가 구비된다. 크림핑부(124)는 가스켓(140)을 게재하고 캡 조립체(130)를 압박하도록 구비된다.
캔 조립체(130)는 캡 업 플레이트(10a)와 안전 벤트(safety vent, 132)를 구비한다. 캡 업 플레이트(10a)는 전극 조립체(110)와 전기적으로 연결되며, 전극 조립체(110)와 외부 장치와의 전류 통로를 형성한다. 안전 벤트(132)는 캡 업 플레이트(10a)의 하면에 상면 일부가 밀착되게 설치되며 원통형 캔(120)의 내부에서 이상 내압 발생시 전류를 차단하면서 내압 가스를 배출하도록 구비된다. 또한, 캔 조립체(130)는 안전 벤트(132)의 하부에 설치되는 캡 다운(cap-down, 134)과, 안전 벤트(132)와 캡 다운(134) 사이에 설치되는 절연체(133), 및 캡 다운(134)의 하면에 고정되며 양극탭(114)이 부착되는 서브 플레이트(135)를 포함할 수 있다.
캡 업 플레이트(10a)는 원형의 판체로 형성되는 베이스 플레이트(131b)와, 중앙부가 외부로 볼록하게 돌출된 단자부(131a)를 구비한다. 단자부(131a)는 외부와의 전기적인 접속에 이용된다. 단자부(131a)는 평탄 구간을 구비하며, 평탄 구간과 베이스 플레이트(131b)를 연결하는 절곡부(131c)를 구비한다. 절곡부(131c)에는 가스 통로를 형성하는 개구부(131d)가 구비된다. 또한, 캡 업 플레이트(10a)는 베이스 플레이트(131b)의 단부에서 안전 벤트(132)의 단부를 둘러싸도록 절곡되는 비딩부(131e)를 구비한다. 비딩부(131e)는 캡 업 플레이트(10a)의 일면에 안전 벤트(132)가 밀착되도록 안전 벤트(132)를 지지한다.
비딩부(131e)를 형성하는 경우, 캡 업 플레이트(10a)의 측면 단부의 두께를 실질적으로 증가시키지 않고 밀폐성을 유지 또는 향상시킬 수 있도록 베이스 플레이트(131b)의 두께(t2)는 단자부(131a)의 두께(t1)보다 얇을 수 있다.
도면에는 도시하지 않았으나 캡 업 플레이트(10a)와 안전 벤트(132) 사이에 는 이차보호소자인 PTC 소자(positive temperature coefficient thermistor)가 더 구비될 수 있다.
한편, 또 다른 일 실시예에서, 도 1의 캡 업 플레이트(10)를 구비하는 원통형 이차전지가 제공될 수 있다. 이 경우, 원통형 이차전지는 별도의 벤트 홀을 구비할 수 있다. 예를 들면, 각형 이차전지의 각형 캔에 용접되는 캡 조립체의 벤트 홀의 경우와 유사하게 캡 업 플레이트(10)의 베이스 플레이트(12)나 원통형 캔에 형성된 벤트 홀이 구비될 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 캡 업 플레이트에 대한 개략적인 사시도.
도 2는 또 다른 일 실시예에 따른 캡 업 플레이트에 대한 개략적인 사시도.
도 3은 도 2의 캡 업 플레이트에 대한 개략적인 단면도.
도 4는 도 2의 캡 업 플레이트에 대한 투영도.
도 5는 일 실시예에 따른 캡 업 플레이트를 구비하는 원통형 이차전지의 부분 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 10a : 캡 업 플레이트
12 : 베이스 플레이트(주변부)
14 : 단자부
14a : 평탄 구간
16 : 절곡부
18 : 개구부
100 : 원통형 이차전지
110 : 전극 조립체
120 : 원통형 캔
130 : 캡 조립체
140 : 가스켓

Claims (9)

  1. 이차전지의 캡 조립체용 캡 업 플레이트로서,
    베이스 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트의 일면 상으로 돌출되며 평탄 구간을 구비하는 단자부를 포함하며,
    상기 평탄 구간의 단부는 상기 베이스 플레이트와 상기 단자부의 경계 상에서 상기 베이스 플레이트 측으로 연장하여 상기 베이스 플레이트와 중첩되도록 위치하는 캡 업 플레이트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단자부는 상기 평탄 구간과 상기 베이스 플레이트와의 사이에 절곡부를 구비하고,
    상기 절곡부는, 평탄 구간 측으로 베이스 플레이트가 연장되는 선과 이루는 각이 직각을 초과하는 각도로 절곡되는 캡 업 플레이트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절곡부에 적어도 하나의 개구부를 포함하는 캡 업 플레이트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구부는 상기 절곡부 상에서 등간격으로 위치하는 복수의 개구부들로 이루어지는 캡 업 플레이트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단자부는 상기 베이스 플레이트의 중앙부에 위치하는 캡 업 플레이트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 상기 단자부를 둘러싸는 원형 링 형상을 구비하는 캡 업 플레이트.
  7. 상단 개구부를 구비하는 원통형 캔;
    상기 원통형 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체; 및
    상기 상단 개구부를 덮으며, 상기 원통형 캔의 내압 상승시 변형 또는 파단되는 안전 벤트와, 상기 안전 벤트의 일면에 결합하며 상기 전극 조립체의 전류를 외부로 전달하는 캡 업 플레이트를 구비하는 캡 조립체를 포함하며,
    상기 캡 업 플레이트는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 캡 업 플레이트인 원통형 이차전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 캡 조립체는 상기 안전 벤트의 일면에 이차안전소자를 더 구비하며,
    상기 이차안전소자는 상기 전극 조립체와 상기 캡 업 플레이트 사이에 전기적으로 직렬 연결되는 원통형 이차전지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 원통형 캔과 상기 캡 조립체 사이에 위치하는 가스켓을 더 포함하는 원통형 이차전지.
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