KR101107082B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 단자와 전극 무지부의 결합 구조를 개선하여 견고성과 내구성을 높인 이차 전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이차 전지는 양극과 음극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극군, 전극군을 수용하는 케이스, 전극군과 전기적으로 연결되며 케이스의 외측으로 인출되는 전극 단자를 포함한다. 양극과 음극은 각각 세퍼레이터의 외측으로 노출되면서 가장자리에 집전부를 구비하는 전극 무지부를 포함한다. 전극 단자는, 일측 단부에서 집전부의 하면에 밀착되며 반대측 단부가 케이스의 외측으로 인출되는 단자 플레이트와, 집전부의 측면과 상면을 둘러싸 밀착하도록 단자 플레이트에 구비되며 집전부와 결합되는 결합부를 포함한다.
전지, 전극군, 케이스, 양극, 음극, 세퍼레이터, 단자, 무지부

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 무지부와 전극 단자의 결합 구조에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리 충전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 중ㆍ대용량의 이차 전지는 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원 또는 전력 저장용으로 사용된다.
이차 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되는 전극군과, 전극군을 수용하는 케이스를 포함한다. 케이스는 금속층과 수지층이 접합된 라미네이트 시트로 제조될 수 있다. 이 경우, 금속 판재로 제조되는 전극 단자는 케이스의 내부에서 전극 무지부와 겹쳐져 용접 등의 방법으로 고정되고, 케이스의 접합 부위를 가로질러 그 일부가 케이스의 외부로 인출된다.
그런데 전술한 이차 전지에서는 전극 단자와 전극 무지부의 접합 면적이 충분하지 않고, 전극 무지부의 얇은 두께로 인해 전극 단자와 전극 무지부 접합시 견고성이 떨어지게 된다. 따라서 충격이나 진동과 같은 외부 자극에 의해 접합 부위 가 쉽게 파손되는 등 내구성이 저하되고, 전극 무지부와 전극 단자 사이의 저항이 증가하여 출력 성능이 낮아진다.
또한, 전극 무지부는 가공 과정에서 버(burr)와 같은 거친 부분을 가지게 되는데, 전술한 이차 전지에서는 전극 무지부의 거친 부분이 바로 케이스와 접촉하게 되므로 케이스의 손상을 유발할 수 있다. 이러한 케이스의 손상은 이차 전지의 신뢰성과 안전성에 큰 영향을 미친다.
본 발명은 전극 단자와 전극 무지부의 결합 구조를 개선하여 견고성과 내구성을 높이고, 전극 단자와 전극 무지부 사이의 저항을 줄여 출력 성능을 높일 수 있는 이차 전지를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 전극 무지부의 거친 부분이 케이스와 접촉하지 않도록 하여 케이스의 손상을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 양극과 음극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 전극군을 수용하는 케이스와, 전극군과 전기적으로 연결되며 케이스의 외측으로 인출되는 전극 단자를 포함한다. 양극과 음극은 각각 세퍼레이터의 외측으로 노출되면서 가장자리에 집전부를 구비하는 전극 무지부를 포함한다. 전극 단자는, 일측 단부에서 상기 집전부의 하면에 밀착되며 반대측 단부가 케이스의 외측으로 인출되는 단자 플레이트와, 집전부의 측면과 상면을 둘러싸 밀착하도록 단 자 플레이트에 구비되며 집전부와 결합되는 결합부를 포함한다.
결합부는, 단자 플레이트에 연결되며 집전부의 측면을 둘러싸는 측벽부와, 측벽부에 연결되며 집전부의 상면을 둘러싸는 덮개부를 포함할 수 있다. 결합부는 단자 플레이트의 서로 마주하는 두 측면에서 한 쌍으로 구비될 수 있다.
전극 단자는, 결합부의 외측에서 결합부와 이격되며 단자 플레이트를 둘러싸는 실링부를 더 포함할 수 있다.
이차 전지는, 덮개부와 집전부 및 단자 플레이트에 걸쳐 형성되는 적어도 하나의 용접부를 더 포함할 수 있다. 덮개부와 단자 플레이트는 각각 용접부가 형성되는 위치에 오목부를 형성하여 용접부가 덮개부 및 단자 플레이트의 외측으로 돌출되지 않도록 할 수 있다.
다른 한편으로, 이차 전지는, 덮개부와 집전부 및 단자 플레이트에 체결되는 도전성 체결 부재를 더 포함할 수 있다.
집전부는 그 가장자리에 버를 형성할 수 있으며, 버는 전극 단자와 접촉할 수 있다.
전극 단자의 전체 높이는 전극군의 두께와 같거나 이보다 작을 수 있다. 케이스는 수용부와 융착부를 각각 구비하는 상부 케이스와 하부 케이스를 포함하며, 라미네이트 시트로 제조될 수 있다. 전극 단자의 전체 폭은 수용부의 폭과 같거나 이보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전극 단자와 집전부의 접촉 면적을 극대화하면 서 전극 단자와 집전부를 견고하게 고정시킬 수 있다. 따라서 전극 단자와 집전부 사이의 저항을 최소화하여 출력 성능을 높이고, 충격이나 진동과 같은 외부 자극에 의해 전극 단자와 집전부의 접합 부위가 파손되는 불량을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 케이스의 손상을 유발하는 문제를 해소하여 이차 전지의 장기 신뢰성과 안전성을 높일 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 이차 전지의 결합 상태 사시도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 이차 전지(100)는 전극군(10)과, 전극군(10)을 수용하는 케이스(20)와, 전극군(10)에 연결되며 케이스(20)의 외부로 인출되는 전극 단자(30)를 포함한다. 이때, 전극 단자(30)는 양극 및 음극 집전부(16, 17)의 상면과 하면 및 측면을 둘러싸도록 구성된다.
전극군(10)은 여러장의 양극과 세퍼레이터 및 음극을 적층한 구조로 이루어지거나, 한 장의 양극과 세퍼레이터 및 음극을 적층한 후 이를 젤리롤 형태로 감은 구조로 이루어질 수 있다. 도 3은 도 1에 도시한 이차 전지 중 전극군의 정면도로서, 적층형 전극군을 예로 들어 도시하였다.
도 3을 참고하면, 양극(11)과 음극(12)은 각각 세퍼레이터(13)의 외측으로 노출되는 양극 무지부(14)와 음극 무지부(15)를 포함한다. 양극 무지부(14)는 양극 집전체에 양극 활물질이 도포되지 않은 영역이고, 음극 무지부(15)는 음극 집전체에 음극 활물질이 도포되지 않은 영역이다.
양극 무지부(14)와 음극 무지부(15)는 전극군(10)의 양쪽으로 각각 인출될 수 있으며, 전극군(10)의 폭보다 작은 폭을 가질 수 있다. 양극 무지부(14)는 가압에 의해 서로 밀착된 양극 집전부(16)를 포함한다. 음극 무지부(15) 또한 가압에 의해 서로 밀착된 음극 집전부(17)를 포함한다.
양극 집전부(16)와 음극 집전부(17)는 전극군(10)의 두께 방향(z축 방향)을 따라 전극군(10)의 중앙에 위치하거나, 전극군(10)의 두께 방향을 따라 전극군의 한쪽으로 치우쳐 위치할 수 있다. 도 3에서는 첫 번째 경우를 예로 들어 도시하였다.
다시 도 1과 도 2를 참고하면, 전극 단자(30)는 양극 집전부(16)와 결합되어 양극(11)과 전기적으로 연결되는 양극 단자(31)와, 음극 집전부(17)와 결합되어 음극(12)과 전기적으로 연결되는 음극 단자(32)를 포함한다.
케이스(20)는 상부 케이스(21)와 하부 케이스(22)를 포함하며, 금속층과 수지층이 접착층에 의해 접합된 라미네이트 시트로 제조될 수 있다. 상부 케이스(21)와 하부 케이스(22)는 전해액이 함침된 상태의 전극군(10)을 내부 공간에 수용한 후 가장자리가 열 융착에 의해 일체로 접합되어 전극군(10)을 밀폐시킨다. 상부 케이스(21)와 하부 케이스(22)는 각각 오목하게 형성된 수용부(211, 221)와, 수용 부(211, 221)를 둘러싸는 융착부(212, 222)로 구성될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시한 이차 전지 중 양극 단자와 전극군의 부분 분해 사시도이고, 도 5는 도 1에 도시한 이차 전지의 단면도이다.
도 4와 도 5를 참고하면, 양극 단자(31)는 일측 단부에서 양극 집전부(16)의 하면에 밀착되며 반대측 단부가 케이스(20)의 외부로 인출되는 단자 플레이트(33)와, 양극 집전부(16)의 측면과 상면을 둘러싸 밀착하도록 단자 플레이트(33)에 구비되며 양극 집전부(16)와 결합하는 결합부(34)와, 결합부(34)의 외측에서 단자 플레이트(33)를 둘러싸는 실링부(35)를 포함한다.
음극 단자(32)는 양극 단자(31)와 같은 형상으로 이루어지고, 같은 방식으로 음극 집전부(17)를 둘러싸며 이와 결합된다.
단자 플레이트(33)는 금속 판재로 제조되며, 소정의 폭(W, 도 4 참조)과 길이(L, 도 4 참조)를 가지는 직사각형으로 형성될 수 있다. 집전부(16, 17)는 단자 플레이트(33)의 일측 단부 위에 배치되어 단자 플레이트(33)와 중첩된다. 여기서, 집전부는 양극 집전부(16)와 음극 집전부(17)를 의미한다.
결합부(34)는 단자 플레이트(33)에 연결되며 집전부(16, 17)의 측면을 둘러싸는 측벽부(36)와, 측벽부(36)에 연결되며 집전부(16, 17)의 상면을 둘러싸는 덮개부(37)로 구성된다. 결합부(34)는 단자 플레이트(33)의 폭 방향을 따라 마주하는 단자 플레이트(33)의 두 측면에서 좌우 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 두 덮개부(37)는 서로간 거리를 두고 떨어져 위치할 수 있다.
그리고 덮개부(37)와 단자 플레이트(33)에는 집전부(16, 17)의 두께 방향(z 축 방향)을 따라 서로 마주하는 위치에 오목부(38)가 형성되어 부분적으로 그 두께를 감소시키며, 각 오목부(38)에서 전극 단자(30)와 집전부(16, 17)는 스폿 용접에 의해 일체로 접합된다.
용접부(39)는 각각의 덮개부(37)에서 두개 또는 그 이상으로 구비될 수 있다. 이때, 용접부(39)는 덮개부(37)와 집전부(16, 17) 및 단자 플레이트(33)가 열에 의해 녹아 서로 접합된 후 굳은 부위를 의미한다.
용접부(39) 형성 이전, 단자 플레이트(33)와 덮개부(37)의 간격은 집전부(16, 17)의 두께에 집전부(16, 17)의 진입 슬라이드 여유를 더한 값과 동일하게 이루어질 수 있다. 이로써 집전부(16, 17)는 진입 초기에 단자 플레이트(33) 및 덮개부(37)에 견고하게 밀착되지 않지만, 용접부(39) 형성시 가압되어 단자 플레이트(33)와 덮개부(37)에 대해 집전부(16, 17)가 견고하게 밀착된 상태를 유지한다.
실링부(35)는 상부 케이스(21) 및 하부 케이스(22)와 접촉하여 이들과 접합되는 부위에 위치하며, 절연 폴리머로 형성될 수 있다. 실링부(35)는 단자 플레이트(33)의 길이 방향(x축 방향)을 따라 결합부(34)와 떨어져 위치하고, 단자 플레이트(33)의 상면과 하면 및 측면을 둘러싸도록 일정한 폭으로 형성된다. 실링부(35)는 케이스(20)와 전극 단자(30)를 절연시킴과 동시에 케이스(20)의 열 융착 과정에서 전극 단자(30)를 보호하는 기능을 한다.
이와 같이 전극 단자(30)는 집전부(16, 17) 표면의 거의 대부분을 감싸고 있으므로 집전부(16, 17)와의 접촉 면적을 극대화하며, 집전부(16, 17)는 어느 한면이 아닌 상면과 하면 모두에서 전극 단자(30)에 접합되어 전극 단자(30)에 견고하 게 고정된다.
따라서 제1 실시예의 이차 전지(100)에서는 전극 단자(30)와 집전부(16, 17) 사이의 저항을 최소화하여 이차 전지(100)의 출력 성능을 높이고, 전극 단자(30)와 집전부(16, 17)가 접합되는 부위의 내구성을 높임에 따라 충격이나 진동과 같은 외부 자극에 의해 이 접합 부위가 파손되는 불량을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 전극 단자(30)가 집전부(16, 17)의 상면과 하면 및 측면을 둘러싸고 있으므로, 전극군(10)을 제조하는 과정에서 집전부(16, 17)의 가장자리에 버(burr)와 같은 거친 부분이 생기더라도 이 거친 부분은 케이스와 접촉하지 않는다. 도 5의 확대원 내부에 버(18)를 도시하였다.
더욱이 집전부(16, 17)의 용접부(39) 또한 케이스(20)와 접촉하지 않는다. 이는 덮개부(37)와 단자 플레이트(33)에 오목부(38)를 형성하고, 각 오목부(38)에서 전극 단자(30)와 집전부(16, 17)를 스폿 용접하여 용접부(39)를 형성함으로써 용접부(39)가 덮개부(37) 및 단자 플레이트(33)의 외측으로 돌출되지 않도록 구성하였기 때문이다.
따라서 케이스(20)의 손상을 유발하는 부분이 케이스(20)와 접촉하는 것을 방지할 수 있으므로 이차 전지(100)의 장기 신뢰성과 안전성을 높일 수 있다.
한편, 결합부(34)를 포함하는 전극 단자(30)의 전체 높이는 전극군(10)의 두께와 같거나 이보다 작다. 그리고 단자 플레이트(33)의 폭(W)은 집전부(16, 17)의 폭과 같을 수 있으며, 전극 단자(30)의 전체 폭은 케이스(20)의 수용부(211, 221) 폭과 같거나 이보다 작을 수 있다.
따라서 이차 전지(100)에서 전극 단자(30)로 인한 불필요한 공간 발생을 최소화하며, 전극 단자(30)와 집전부(16, 17) 사이의 높이 차이가 거의 없으므로 용접부(39)가 외부 진동이나 충격에 의해 탈리되거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 부분 확대 단면도이다.
도 6을 참고하면, 제2 실시예의 이차 전지(200)는 용접부 대신 리벳(40)을 이용하여 전극 단자(30)와 집전부(16, 17)를 결합시키는 구조를 제외하고 전술한 제1 실시예의 이차 전지와 동일한 구성으로 이루어진다. 제1 실시예의 이차 전지와 같은 부재에 대해서는 같은 인용 부호를 사용한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 부분 확대 단면도이다.
도 7을 참고하면, 제3 실시예의 이차 전지(300)는 용접부 대신 볼트(41)와 너트(42)의 조립체를 이용하여 전극 단자(30)와 집전부(16, 17)를 결합시키는 구조를 제외하고 전술한 제1 실시예의 이차 전지와 동일한 구성으로 이루어진다. 제1 실시예의 이차 전지와 같은 부재에 대해서는 같은 인용 부호를 사용한다.
제2 실시예 및 제3 실시예에서는 리벳(40) 또는 볼트(41)와 같은 도전성 체결 부재를 이용하여 전극 단자(30)와 집전부(16, 17)를 체결한다. 이 경우, 덮개부(37)와 집전부(16, 17) 및 단자 플레이트(33)에 서로 연통하는 개구부를 형성하고, 도전성 체결 부재가 덮개부(37), 집전부(16, 17), 및 단자 플레이트(33)를 차례로 관통하도록 한다.
리벳(40)의 경우 일측 단부를 받친 상태에서 반대측 단부를 변형시키는 방법 으로 단자 플레이트(33)에 고정될 수 있고, 볼트(41)의 경우 일측 단부에 너트(42)를 끼우는 방법으로 단자 플레이트(33)에 고정될 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.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 이차 전지의 결합 상태 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 이차 전지 중 전극군의 정면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 이차 전지 중 양극 단자와 전극군의 부분 분해 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시한 이차 전지의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 부분 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 부분 확대 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
100, 200, 300: 이차 전지 10: 전극군
14: 양극 무지부 15: 음극 무지부
16: 양극 집전부 17: 음극 집전부
30: 전극 단자 31: 양극 단자
32: 음극 단자 33: 단자 플레이트
34: 결합부 36: 측벽부
37: 덮개부 38: 오목부
39: 용접부 40: 리벳
41: 볼트 42: 너트

Claims (11)

  1. 양극과 음극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극군;
    상기 전극군을 수용하는 케이스; 및
    상기 전극군과 전기적으로 연결되며 상기 케이스의 외측으로 인출되는 전극 단자
    를 포함하며,
    상기 양극과 상기 음극은 각각 상기 세퍼레이터의 외측으로 노출되면서 가장자리에 집전부를 구비하는 전극 무지부를 포함하고,
    상기 전극 단자는,
    일측 단부에서 상기 집전부의 하면에 밀착되며 반대측 단부가 상기 케이스의 외측으로 인출되는 단자 플레이트; 및
    상기 집전부의 측면과 상면을 둘러싸 밀착하도록 상기 단자 플레이트에 구비되며 상기 집전부와 결합되는 결합부를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결합부는,
    상기 단자 플레이트에 연결되며 상기 집전부의 측면을 둘러싸는 측벽부; 및
    상기 측벽부에 연결되며 상기 집전부의 상면을 둘러싸는 덮개부
    를 포함하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결합부는 상기 단자 플레이트의 서로 마주하는 두 측면에서 한 쌍으로 구비되는 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극 단자는, 상기 결합부의 외측에서 상기 결합부와 이격되며 상기 단자 플레이트를 둘러싸는 실링부를 더 포함하는 이차 전지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 이차 전지는, 상기 덮개부와 상기 집전부 및 상기 단자 플레이트에 걸쳐 형성되는 적어도 하나의 용접부를 더 포함하는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 덮개부와 상기 단자 플레이트는 각각 상기 용접부가 형성되는 위치에 오목부를 형성하여 상기 용접부가 상기 덮개부 및 상기 단자 플레이트의 외측으로 돌출되지 않도록 하는 이차 전지.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 이차 전지는, 상기 덮개부와 상기 집전부 및 상기 단자 플레이트에 체 결되는 도전성 체결 부재를 더 포함하는 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 집전부는 그 가장자리에 버(burr)를 형성하며, 상기 버는 상기 전극 단자와 접촉하는 이차 전지.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 단자의 전체 높이는 상기 전극군의 두께와 같거나 이보다 작은 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 케이스는 수용부와 융착부를 각각 구비하는 상부 케이스와 하부 케이스를 포함하며, 라미네이트 시트로 제조되는 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전극 단자의 전체 폭은 상기 수용부의 폭과 같거나 이보다 작은 이차 전지.
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