KR101113557B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용접없이 양극탭 및 음극탭을 체결할 수 있도록 한 이차전지에 관한 것이다.
본 발명의 이차전지는 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와; 상기 양극판 및 음극판에 각각 접속되는 양극탭 및 음극탭과; 상기 전극 조립체를 수용하며, 일측이 개구된 하우징과; 상기 하우징의 개구된 부분을 밀봉하는 플레이트와; 상기 플레이트로부터 비관통구조로 돌출되도록 형성되는 체결부와; 상기 양극탭을 경유하여 상기 체결부로 삽입되어 상기 양극탭과 상기 플레이트를 전기적으로 접속시키기 위한 제 1탭단자를 구비한다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 특히 용접없이 양극탭 및 음극탭을 체결할 수 있도록 한 이차전지에 관한 것이다.
최근 휴대용 전자기기의 소형화 및 경량화가 급속하게 진전됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다.
이들 중 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고, 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 이러한 리튬 이차전지는 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터로 구성되는 전극조립체를 전해액과 함께 캔에 수납하고, 캔의 상단부를 캡조립체로 밀봉하여 형성된다.
여기서, 전극조립체는 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되 어 형성된다. 양극판에는 양극탭이 결합되어 전극조립체의 상단부로 돌출되며, 음극판에는 음극탭이 결합되어 전극조립체의 상단부로 돌출된다. 전극조립체에서 양극탭과 음극탭은 소정 거리 이격되어 형성되며, 전기적으로 절연되도록 한다.
그리고, 캡조립체는 캡플레이트, 절연플레이트, 터미널플레이트 및 전극단자를 포함하여 구성된다. 이러한 캡조립체는 별도의 절연케이스와 결합되어 캔의 상단개구부에 결합되면서 캔을 밀봉하게 된다.
절연케이스에는 양극탭용 홀과 음극탭용 홀이 형성되며, 캔에 수용된 전극조립체 상부와 캡조립체 하부 사이의 쇼트를 방지하기 위해 삽입된다. 또한, 절연케이스는 절곡된 음극탭과 양극탭이 캔 내벽에 닿음으로써 발생할 수 있는 쇼트를 방지하는 역할을 한다.
이와 같이 구성된 리튬 이차전지에서 양극탭은 용접에 의하여 캡플레이트에연결된다. 그리고, 음극탭은 용접에 의하여 단자 플레이트에 연결되고, 단자 플레이트는 캡플레이트의 단자홀을 경유하는 전극단자에 전기적으로 접속된다.
하지만, 양극탭 및 음극탭이 용접에 의하여 캡플레이트 및 단자 플레이트에 각각 접속되는 경우 공정시간이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 용접불량에 의하여 리튬 이차전지의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 용접없이 양극탭 및 음극탭을 체결할 수 있도록 한 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 이차전지는 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와; 상기 양극판 및 음극판에 각각 접속되는 양극탭 및 음극탭과; 상기 전극 조립체를 수용하며, 일측이 개구된 하우징과; 상기 하우징의 개구된 부분을 밀봉하는 플레이트와; 상기 플레이트로부터 비관통구조로 돌출되도록 형성되는 체결부와; 상기 양극탭을 경유하여 상기 체결부로 삽입되어 상기 양극탭과 상기 플레이트를 전기적으로 접속시키기 위한 제 1탭단자를 구비한다.
바람직하게, 상기 양극탭은 상기 양극판으로부터 상기 개구 방향으로 돌출되도록 신장되는 제 1양극탭과, 상기 제 1양극탭의 상측부에서 상기 플레이트와 수평한 방향으로 신장되는 제 2양극탭을 구비한다. 상기 제 2양극탭에는 상기 제 1탭단자가 삽입될 수 있도록 제 1관통홀이 형성된다. 상기 제 1탭단자는 나사이다.
상기 플레이트의 단자홀을 경유하여 상기 음극탭과 전기적으로 접속되는 전극단자와, 상기 음극탭을 경유하여 상기 전극단자의 내부에 삽입되는 제 2탭단자를 구비한다. 상기 음극탭은 상기 음극판으로부터 상기 개구 방향으로 돌출되도록 신 장되는 제 1음극탭과, 상기 제 1음극탭의 상측부에서 상기 플레이트와 수평한 방향으로 신장되는 제 2음극탭을 구비한다. 상기 제 2음극탭에는 상기 제 2탭단자가 삽입될 수 있도록 제 2관통홀이 형성된다. 상기 전극단자와 상기 플레이트가 전기적으로 절연되도록 상기 단자홀에 삽입되는 가스켓을 더 구비한다. 상기 제 2탭단자는 나사이다.
상기 전극단자와 상기 플레이트가 전기적으로 절연되도록 상기 단자홀을 감싸도록 에폭시가 형성된다. 상기 플레이트와 상기 제 2탭단자 사이에 위치되며, 상기 음극탭과 상기 플레이트를 절연하기 위한 절연 플레이트를 더 구비한다. 상기 전극조립체와 상기 플레이트 사이에 위치되는 절연 케이스를 더 포함한다. 상기 절연 케이스는 상기 양극탭 및 음극탭이 관통되도록 슬릿홀들이 형성된다.
본 발명의 이차전지에 의하면 제 1나사를 이용하여 양극탭을 하우징 플레이트에 체결하고, 제 2나사를 이용하여 음극탭을 전극단자와 체결한다. 이 경우, 용접과정이 생략되기 때문에 공정과정을 단순화함과 아울러 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본원 발명에서는 제 2나사를 이용하여 음극탭이 전극단자와 직접 접속되기 때문에 단자 플레이트 및 절연 플레이트의 구성이 생략될 수 있고, 이에 따라 제조비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예가 첨부된 도 1 내지 도 3c를 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 이차전지를 나타내는 분해사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 이차전지는 전극 조립체(12), 하우징(10), 하우징 조립체(20) 및 절연 케이스(70)를 구비한다.
하우징(10)은 개구된 일측으로 전극 조립체(12)를 수용하며, 하우징(10)의 수평 단면은 모서리가 둥글게 처리된 사각 형상으로, 한 쌍의 단변부(10a)와 한 쌍의 장변부(10b)를 포함한다. 하우징(10)의 수평 단면 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 도시되지는 않았으나 하우징(10)의 수평 단면 형상은 사각형상 또는 타원형상으로 형성될 수 있다. 하우징(10)은 금속재료, 바람직하게는 가볍고 연성이 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다. 이와 같은 하우징(10)은 딥드로잉 방식을 이용하여 용이하게 제작할 수 있다.
하우징(10)의 상단에는 단차부(11)가 형성된다. 단차부(11)는 추후 설명하는 하우징 조립체(20)가 안착되는 공간이다. 단차부(11)는 하우징(10)의 단변부(10a) 및 장변부(10b)에 모두 형성되어도 되지만, 하우징 조립체(20)를 안착시키는 역할을 하는 것이므로 하우징(10)의 단변부(10a)에만 형성될수도 있다.
한편, 도 1에서는 하우징(10)으로 캔 형태를 도시하였지만 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 실제로, 본원 발명은 양극탭(16) 및 음극탭(17)이 하우징(10)으로부터 돌출되도록 형성된 다양한 형태의 이차전지에 적용 가능하다.
하우징(10)의 내부에 삽입된 전극 조립체(12)는 양극판(15)과 음극판(13) 사이에 세퍼레이터(14)가 개재되면서 권취되어 형성된다. 양극판(15) 및 음극판(13)은 각각 알루미늄 금속박과 구리 금속박에 슬러리를 코팅 건조하여 제작된다. 이때, 슬러리는 양극판(15) 및 음극판(13) 각각의 활물질과 활물질을 금속박에 점착하도록 하는 고정제를 포함한다. 리튬 이차전지의 경우 양극 활물질로는 주로 리튬 함유 산화물이 이용되고, 음극 활물질로는 하드카본, 소프트카본, 흑연 및 탄소물질 중 어느 하나를 주로 이용할 수 있으나, 본 발명은 리튬 이차전지에 한정되는 것은 아니다.
양극탭(16)은 양극판(15)에 결합된다. 이와 같은 양극탭(16)은 제 1양극탭(16a) 및 제 2양극탭(16b)으로 구성된다. 제 1양극탭(16a)은 양극판(15)으로부터 전극 조립체(12)의 상단부로 돌출되도록 형성된다. 제 2양극탭(16b)은 제 1양극탭(16a)의 상단부에서 플레이트(40)와 수평을 이루도록 신장되어 형성된다. 여기서, 제 1양극탭(16a)은 양극판(15)과 전기적으로 접속되고, 제 2양극탭(16b)은 플레이트(40)와 전기적으로 접속된다.
이를 위하여, 제 2양극탭(16b)에는 제 1관통홀(50)이 형성된다. 제 1나사(60)(또는 제 1탭단자)는 제 1관통홀(50)을 경유하여 플레이트(40)의 체결부(45)와 전기적으로 접속된다. 이 경우, 양극탭(16)은 플레이트(40)와 전기적으로 접속된다.
음극탭(17)은 음극판(13)과 결합되며 양극탭(16)과 소정거리 이격되도록 위치되고 전기적으로 절연된다. 이와 같은 음극탭(17)은 제 1음극탭(17a) 및 제 2음극탭(17b)으로 구성된다. 제 1음극탭(17a)은 음극판(13)으로부터 전극 조립체(12)의 상단부로 돌출되도록 형성된다. 제 2음극탭(17b)은 제 1음극탭(17a)의 상단부에서 플레이트(40)와 수평을 이루도록 신장되어 형성된다. 여기서, 제 1음극탭(17a)은 음극판(13)과 전기적으로 접속되고, 제 2음극탭(17b)은 전극단자(30)와 전기적으로 접속된다. 이를 위하여, 제 2음극탭(17b)에는 제 2관통홀(52)이 형성된다. 제 2나사(62)(또는 제 2탭단자)는 제 2관통홀(52)을 경유하여 전극단자(30)와 전기적으로 접속된다. 이 경우, 음극탭(17)은 전극단자(30)와 전기적으로 접속된다.
한편, 제 1양극탭(16a) 및 제 1음극탭(17a)의 하단부, 즉 전극 조립체(12)로부터 인출되는 부분에는 라미네이션 테이프(18)가 감겨져 있다. 라미네이션 테이프(18)는 양극탭(16) 또는 음극탭(17)에서 발생하는 열을 차단한다.
하우징 조립체(20)는 플레이트(40), 전극단자(30) 및 가스켓(35)을 구비한다.
플레이트(40)는 하우징 조립체(20)와 하우징(10)의 결합시에 하우징(10)의 개구면을 밀봉하여 하우징(10)의 일면을 형성한다. 이를 위해, 플레이트(40)는 용접과 같은 방법을 이용하여 하우징(10)의 개구면에 결합될 수 있다.
플레이트(40)는 절연 케이스(70)의 제 1슬릿홀(72a)을 관통하여 인출되는 제 2양극탭(16b)과 전기적으로 연결된다. 이를 위하여, 플레이트(40)에는 제 1슬릿 홀(72)와 대향되는 위치에 체결부(45)가 형성된다. 체결부(45)는 플레이트(40)에서 돌출되도록 형성되며 제 1나사(60)가 삽입될 수 있도록 나사홈이 형성된다.
또한, 플레이트(40)에는 가스켓(35)과 결합을 위한 제 1단자홀(41) 및 전해액 주입을 위한 전해액 주입구(42)가 형성된다.
제 1단자홀(41)은 절연 케이스(70)의 제 2슬릿홀(72b) 및 제 2관통홀(52)과 대향되는 위치에 형성된다. 즉, 제 1단자홀(41)은 제 2나사(62)가 삽입될 수 있도록 그 위치가 설정된다. 전해액 주입구(42)는 하우징(10)의 내부로 전해액을 주입하는 통로로 이용된다. 그리고, 전해액 주입구(42)는 전해액의 주입 후 마개(43)에 의하여 밀봉된다.
가스켓(35)은 전극단자(30)와 플레이트(40) 간의 절연을 확보하기 위한 것으로, 가스켓(35)에는 전극단자(30)와의 결합을 위한 제 2단자홀(36)이 형성되고, 전극단자(30)는 제 2단자홀(36)을 관통하는 형태로 가스켓(35)에 결합된다. 한편, 본원 발명에서 가스켓(35)이 제거되고, 전극단자(30)와 플레이트(40)의 사이에 공간에 에폭시가 형성될 수도 있다.
상세히 설명하면, 본원 발명에서 전극단자(30)는 제 2나사(62)와 체결되도록 결합되면서 음극탭(17)과 전기적으로 접속된다. 따라서, 전극단자(30)와 제 2나사(62)가 체결된 이후에 플레이트(40)와 전극단자(30) 사이의 공간, 즉 제 1단자홀(41)의 공간에 에폭시를 주입함으로써 플레이트(40)와 전극단자(30)를 전기적으로 절연할 수도 있다.
절연케이스(70)는 전극 조립체(12)와 하우징 조립체(20)가 전기적으로 절연 되도록 그 사이에 위치되며, 보다 상세하게는 하우징(10)의 상단부에 삽입된 상태로 위치된다. 바람직하게, 절연케이스(70)는 하우징(10)의 수평 단면 형성과 동일하게 모서리가 둥근 사각 형상으로 형성되어 하우징(10)에 억지 끼움되어 결합될 수 있다.
이러한 절연케이스(70)는 일반적으로 전기절연성이 우수한 결질의 플라스틱 수지를 이용하여 제조된다. 이로 인해, 절연케이스(70)를 하우징(10) 내부에 삽입하는 경우, 전해액에 의한 변형이 거의 없고, 전극조립체(12)와 하우징 조립체(20) 간의 절연을 확보하기 용이하다. 그러나, 절연케이스(70)로 경질 플라스틱 수지를 사용하는 경우, 탄성이 약해 하우징(10)에 결합하기 어려워지므로, 이를 보완하기 위하여 절연케이스(70)는 베이스부(74)와 지지부(73)로 구성되어 하우징(10)에 안정적으로 결합되도록 할 수 있다. 여기서, 베이스부(74)에는 전해액 주입구(미도시), 제 1슬릿홀(72a) 및 제 2슬릿홀(72b)이 형성된다.
제 1슬릿홀(72a)은 제 1관통홀(50) 및 체결부(45)와 대향되게 위치된다. 제 2슬릿홀(72b)은 제 2관통홀(52) 및 제 1단자홀(41)과 대향되게 위치된다.
도 2a는 양극탭과 플레이트의 결합과정을 나타내는 도면이다. 도 2a에서는 설명의 편의성을 위하여 절연 케이스의 구성을 생략하기로 한다.
도 2a를 참조하면, 제 1나사(60)는 제 1관통홀(50)을 경유하여 체결부(45)와 결합된다. 이를 위하여, 체결부(45)에는 제 1나사(60)가 삽입될 수 있도록 제 1나사홈(46)이 형성된다. 제 1나사(60)가 제 1관통홀(50)을 경유하여 제 1나사홈(46) 에 삽입되는 경우 도 2b에 도시된 바와 같이 양극탭(16)이 플레이트(40)에 전기적으로 접속된다. 상술한 본원 발명에서는 용접과정없이 제 1나사(60)를 이용하여 플레이트(40)를 양극탭(16)에 접속시킬 수 있고, 이에 따라 제조시간을 단축시킴과 아울러 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 한편, 플레이트(40)로부터 돌출되도록 형성되는 체결부(45)는 제 1나사(60)가 외부에 노출되지 않도록 비관통구조로 형성된다. 즉, 제 1나사(60)는 체결부(45)의 내부에서 외부에 노출되지 않도록 고정되며, 이에 따라 외부 이물질 등이 하우징(10)으로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
도 3a는 음극탭과 전극단자의 결합과정을 나타내는 도면이다. 도 3b에서는 설명의 편의성을 위하여 절연 케이스의 구성을 생략하기로 한다.
도 3a를 참조하면, 제 2나사(62)는 제 2관통홀(52)을 경유하여 전극단자(30)와 결합된다. 이를 위하여, 전극단자(30)에는 제 2나사(62)가 삽입될 수 있도록 제 2나사홈(31)이 형성된다. 제 2나사(62)가 제 2관통홀(52)을 경유하여 제 2나사홈(31)에 삽입되는 경우 도 3b에 도시된 바와 같이 음극탭(17)이 전극단자(30)와 전기적으로 접속된다. 여기서, 가스켓(35)(또는 에폭시)에 의하여 전극단자(30) 및 플레이트(40)는 전기적으로 절연된다. 상술한 본원 발명에서는 용접과정없이 제 2나사(62)를 이용하여 전극단자(30)를 음극탭(17)에 접속시킬 수 있고, 이에 따라 제조시간을 단축시킴과 아울러 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 한편, 전극단자(30)는 제 2나사(62)가 외부에 노출되지 않도록 비관통구조로 형성된다. 즉, 제 2나사(62)는 전극단자(30)의 내부에서 외부에 노출되지 않도록 고정되며, 이에 따 라 외부 이물질 등이 하우징(10)으로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
본원 발명에서는 도 3c와 같이 플레이트(40)와 절연 케이스(70)(또는 제 2나사) 사이에 위치되는 절연 플레이트(80)를 추가로 구비할 수 있다. 절연 플레이트(80)는 제 2나사(62)에 의하여 음극탭(17)과 음극단자(30)가 체결될 때 음극탭(17)과 플레이트(40)를 절연한다.
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.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 이차전지를 나타내는 분해사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 양극탭과 플레이트의 결합과정을 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3c는 음극탭과 전극단자의 합과정을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 하우징 10a : 단변부
10b : 장변부 12 : 전극 조립체
13 : 음극판 14 : 세퍼레이터
15 : 양극판 16,16a,16b : 양극탭
17,17a,17b : 음극탭 18 : 라미네이션 테이프
20 : 하우징 조립체 30 : 전극단자
31,46 : 나사홈 35 : 가스켓
36,41 : 단자홀 40 : 플레이트
42 : 전해액 주입구 43 : 마개
45 : 체결부 50,52 : 관통홀
60,62 : 나사 70 : 절연 케이스
72a,72b : 슬릿홀 73 : 지지부
74 : 베이스부 80 : 절연 플레이트

Claims (13)

  1. 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와;
    상기 양극판 및 음극판에 각각 접속되는 양극탭 및 음극탭과;
    상기 전극 조립체를 수용하며, 일측이 개구된 하우징과;
    상기 하우징의 개구된 부분을 밀봉하는 플레이트와;
    상기 플레이트로부터 비관통구조로 돌출되도록 형성되는 체결부와;
    상기 양극탭을 경유하여 상기 체결부로 삽입되어 상기 양극탭과 상기 플레이트를 전기적으로 접속시키기 위한 제 1탭단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 양극탭은
    상기 양극판으로부터 상기 개구 방향으로 돌출되도록 신장되는 제 1양극탭과, 상기 제 1양극탭의 상측부에서 상기 플레이트와 수평한 방향으로 신장되는 제 2양극탭을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2양극탭에는 상기 제 1탭단자가 삽입될 수 있도록 제 1관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1탭단자는 나사인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 플레이트의 단자홀을 경유하여 상기 음극탭과 전기적으로 접속되는 전극단자와,
    상기 음극탭을 경유하여 상기 전극단자의 내부에 삽입되는 제 2탭단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 음극탭은
    상기 음극판으로부터 상기 개구 방향으로 돌출되도록 신장되는 제 1음극탭과, 상기 제 1음극탭의 상측부에서 상기 플레이트와 수평한 방향으로 신장되는 제 2음극탭을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2음극탭에는 상기 제 2탭단자가 삽입될 수 있도록 제 2관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 전극단자와 상기 플레이트가 전기적으로 절연되도록 상기 단자홀에 삽입되는 가스켓을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2탭단자는 나사인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 전극단자와 상기 플레이트가 전기적으로 절연되도록 상기 단자홀을 감싸도록 에폭시가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 5항에 있어서,
    상기 플레이트와 상기 제 2탭단자 사이에 위치되며, 상기 음극탭과 상기 플레이트를 절연하기 위한 절연 플레이트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 전극조립체와 상기 플레이트 사이에 위치되는 절연 케이스를 더 포함하는 이차전지.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 절연 케이스는 상기 양극탭 및 음극탭이 관통되도록 슬릿홀들이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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