KR101118700B1 - 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이차전지는, 전극조립체; 상기 전극조립체가 내부에 수용되는 외장케이스; 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되고, 상기 외장케이스의 외부로 노출되도록 상기 외장케이스에 마련되는 적어도 하나의 전극단자; 및 상기 외장케이스의 내부로 전해액을 주입하도록 상기 전극단자에 관통 형성되는 전해액주입구를 포함한다. 본 발명에 의하면, 전해액주입구를 밀봉하기 위한 밀봉수단의 선택을 다양화하면서도 밀봉성능의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은, 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 이차전지 내부에 전해액을 주입하기 위한 구조에 관한 것이다.

차전지(Secondary Battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대용 전화기나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 셀을 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

이러한 이차전지는 리튬이온 이차전지, 니켈-카드뮴 이차전지, 니켈-수소 이차전지, 리튬폴리머 이차전지 등을 포함하며, 최근 각광을 받고 있는 슈퍼 커패시터(Super Capacitor) 또한 이차전지의 일종이라 볼 수 있다.

통상적으로, 이차전지는 양극판과 음극판이 분리막(격리판)을 사이에 두고 배치되는 전극조립체와, 전극조립체를 수용하기 위한 내부공간이 형성되는 금속재질의 외장케이스와, 전극조립체와 전기적으로 연결되도록 외장케이스에 마련되는 전극단자를 포함한다. 그리고, 외장케이스를 전극조립체로부터 전기적으로 절연시키기 위한 절연체가 외장케이스와 전극조립체 사이에 개재된다.

한편, 전극조립체가 수용된 외장케이스의 내부에는 전지 작용시 이온 전도의 매체 역할을 하는 전해액(전해질)이 채워지는데, 이를 위해 외장케이스에는 그 내부로 전해액을 주입하기 위한 전해액주입구가 관통 형성되고, 전해액주입구를 통한 전해액 주입이 끝난 후에는 전해액주입구를 밀봉하게 된다.

그런데, 위와 같이 전해액주입구가 외장케이스에 관통 형성되는 구성을 갖는 통상의 이차전지는, 전해액주입구를 밀봉하기 위한 밀봉수단이 외장케이스에 마련될 수밖에 없다. 이에 따라, 밀봉수단의 선택이 외장케이스의 구조적인 강도 혹은 구조적인 안정성에 의해 제한되므로, 밀봉성능이 우수한 다양한 밀봉수단을 선택할 수 없고 이로 인해 밀봉성능의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 특히 외장케이스의 벽 두께가 얇은 이른바 박형 광면적 이차전지의 경우에 더욱 심각하게 나타나고 있다.

본 발명의 목적은, 전해액주입구를 밀봉하기 위한 밀봉수단의 선택을 다양화하면서도 밀봉성능의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차전지를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 전극조립체; 상기 전극조립체가 내부에 수용되는 외장케이스; 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되고, 상기 외장케이스의 외부로 노출되도록 상기 외장케이스에 마련되는 적어도 하나의 전극단자; 및 상기 외장케이스의 내부로 전해액을 주입하도록 상기 전극단자에 관통 형성되는 전해액주입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지에 의해 달성된다. 여기서, 상기 전해액주입구의 길이는 상기 외장케이스의 벽 두께보다 큰 것일 수 있다.

상기 이차전지는 상기 전해액의 주입이 완료된 후, 상기 전해액주입구를 밀봉하기 위한 밀봉수단을 더 포함할 수 있다.

상기 밀봉수단은, 상기 전해액주입구를 밀봉하도록 상기 전극단자에 결합되는 밀봉플레이트를 포함할 수 있다.

상기 밀봉플레이트의 상면은, 상기 전극단자의 상면보다 낮은 높이로 배치되거나 상기 전극단자의 상면과 동일한 높이로 배치될 수 있다.

상기 밀봉수단은, 상기 전해액주입구의 적어도 일부 영역에 채워지는 충진제를 더 포함할 수 있다.

상기 밀봉수단은, 상기 전해액주입구에 삽입되는 차단마개; 및 상기 밀봉플레이트와 상기 차단마개 사이에서 상기 전해액주입구에 채워지는 충진제를 더 포함할 수 있다.

상기 밀봉수단은, 상기 전해액주입구를 밀봉하도록 상기 전해액주입구에 끼워지는 밀봉마개를 포함할 수 있다.

상기 밀봉마개의 상면은, 상기 전극단자의 상면보다 낮은 높이로 배치되거나 상기 전극단자의 상면과 동일한 높이로 배치될 수 있다.

상기 적어도 하나의 전극단자는, 상기 전극조립체의 양극판과 전기적으로 연결되는 양극단자; 및 상기 전극조립체의 음극판과 전기적으로 연결되는 음극단자를 포함하고, 상기 전해액주입구는, 상기 양극단자 및 상기 음극단자 중 적어도 하나에 관통 형성될 수 있다.

상기 외장케이스는, 베이스부와, 상기 베이스부에서 단차지게 형성되어 상기 전극단자가 설치되는 단자설치부를 갖는 몸체케이스; 및 상기 몸체케이스의 개방된 일측을 덮도록 상기 몸체케이스에 결합되는 덮개케이스를 포함하고, 상기 전극단자의 상면은, 상기 베이스부의 상면보다 낮은 높이로 형성될 수 있다.

상기 몸체케이스는, 상기 베이스부와 상기 단자설치부의 외측면에서 절곡 연장되어 상기 덮개케이스와 접합되는 플랜지부를 더 포함하고, 상기 플랜지부와 상기 덮개케이스 사이에는 용융 접합부재가 개재될 수 있다.

본 발명은, 외장케이스의 내부에 전해액을 주입하기 위한 전해액주입구를 전극단자에 관통 형성함으로써, 전해액주입구를 밀봉하기 위한 밀봉수단이 구조적인 강도 혹은 구조적인 안정성이 확보되는 전극단자에 마련되므로, 밀봉수단의 선택을 다양화하면서도 밀봉성능의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 1의 이차전지에서 전극단자에 형성된 전해액주입구와 밀봉수단을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지에서 전극단자에 형성된 전해액주입구와 밀봉수단을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지에서 전극단자에 형성된 전해액주입구와 밀봉수단을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 개략적인 단면도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 개략적인 단면도이고, 도 4는 도 1의 이차전지에서 전극단자에 형성된 전해액주입구와 밀봉수단을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 이차전지는 충전 및 방전 가능한 전극조립체(100)와, 전극조립체(100)와 전해액이 내부에 수용되는 외장케이스(200)와, 전극조립체(100)와 전기적으로 연결되고 외장케이스(200)의 외부로 노출되도록 외장케이스에 마련되는 한 쌍의 전극단자(300)와, 외장케이스(200)의 내부로 전해액을 주입하도록 한 쌍의 전극단자(300) 중 어느 하나(310)에 관통 형성되는 전해액주입구(310a)와, 전해액의 주입이 완료된 후 전해액주입구(310a)를 밀봉하기 위한 밀봉수단(500)을 포함한다.

여기서, 이차전지는 충전이 불가능하여 1회 사용 타입의 일차전지와 달리, 충전 및 방전이 가능하여 충전하여 반복해서 사용할 수 있는 전지를 말한다. 한편, 본 실시예는 리튬이온 이차전지를 개시하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 다양한 종류의 에너지 저장장치, 예컨대 니켈-카드뮴 이차전지, 니켈-수소 이차전지, 리튬폴리머 이차전지, 슈퍼 커패시터(Super Capacitor) 등에 적용될 수 있음은 물론이다.

전극조립체(100)는, 첨부된 도면에 도시되지 않았지만, 단위전극을 이루는 양극판/분리막/음극판이 순차적으로 배치되는 구조, 예컨대 다수의 단위전극이 적층되는 라미네이션 타입 또는 다수의 단위전극이 권취되는 젤리-롤 타입(Jelly-Roll Type)의 구조를 가질 수 있다. 본 실시예와 같은 리튬이온 이차전지에 있어서, 통상적으로 양극판은 알루미늄 박판의 양극 집전체의 적어도 일면에 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 양극 활물질이 도포된 구조이고, 음극판은 구리 박판의 음극 집전체의 적어도 일면에 탄소재를 주성분으로 하는 음극 활물질이 도포된 구조이다. 여기서, 활물질이란 전지가 방전할 때 화학적으로 반응하여 전기에너지를 생성하는 물질을 말한다. 분리막(Separator)은 양극판과 음극판을 분리하여 양극판과 음극판 사이를 전기적으로 절연시키기 위한 막으로 주로 다공성 고분자 필름이 사용된다. 또한, 전극조립체(100)는 양극판으로부터 인출되는 양극탭과 음극판으로부터 인출되는 음극탭을 포함하는데, 양극탭 및 음극탭은 각각 외장케이스(200)의 외부로 노출되도록 마련된 양극단자(310) 및 음극단자(320)에 전기적으로 연결된다.

본 실시예에서는 리튬이온 이차전지에 적용되는 전극조립체(100)의 통상적인 구성에 대하여 설명하였지만, 본 발명에서 전극조립체(100)의 구성은 전술한 구성에 한정되지 아니하고 다양하게 변경될 수 있으며, 특히 이차전지의 종류에 따라 달라질 수 있다.

외장케이스(200)는 전술한 전극조립체(100)와 전해액을 수용하기 위한 것으로, 전극조립체(100)와 전해액이 수용될 수 있도록 내부공간이 형성되고 하측이 개방된 형상을 갖는 몸체케이스(210)와, 몸체케이스(210)의 개방된 하측을 덮도록 몸체케이스(210)에 결합되어 몸체케이스(210)의 내부공간을 외부와 격리시키는 덮개케이스(220)를 포함한다. 몸체케이스(210)와 덮개케이스(220)를 포함한 외장케이스(200)는 통상적으로 강판, 스테인리스 스틸(Stainless Steel), 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 금속재질로 제작된다. 여기서, 전해액 혹은 전해질은 이온 전도성이 있는 이온을 포함하는 매개물로서 이차전지의 종류에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 한편, 외장케이스(200)와 전극조립체(100) 사이에는 절연체(미도시)가 개재될 수 있는데, 이러한 절연체는 금속재질의 외장케이스(200)를 전극조립체(100)로부터 전기적으로 절연시키는 기능을 한다. 다만, 위와 같은 구성을 갖는 절연체는 이차전지에서 생략될 수도 수 있다.

몸체케이스(210)는 베이스부(211)와, 베이스부(211)에서 하측 방향으로 단차지게 형성되어 후술할 한 쌍의 전극단자(300)가 설치되는 단자설치부(213)와, 베이스부(211)와 단자설치부(213)의 가장자리를 따라 플랜지 형상으로 마련되어 덮개케이스(220)와 접합되는 플랜지부(215)를 포함한다. 베이스부(211)는 몸체케이스(210)의 가장 큰 부분을 차지하며 실질적으로 전극조립체(100)가 수용되는 부분이다. 단자설치부(213)는 몸체케이스(210)의 외부 상측 방향으로 노출되는 한 쌍의 전극단자(300)의 높이를 감안하여 베이스부(211)보다 낮은 높이로 형성된다. 플랜지부(215)는 베이스부(211)와 단자설치부(213)의 외측면에서 실질적으로 직교 방향으로 절곡 연장되는 플랜지 형상으로, 덮개케이스(220)의 내측면 가장자리 부분과 접합된다. 이러한 몸체케이스(210)의 플랜지부(215)는 본 실시예와 같은 박형 외장케이스의 이차전지에서 외장케이스(200)의 얇은 벽 두께(통상, 0.1mm 내외)에 대하여 안정된 접합면을 확보하기 위한 것이다.

덮개케이스(220)는 전체적으로 플레이트 형상으로 몸체케이스(210)의 개방된 하측을 덮도록 구성된다. 한편, 덮개케이스(220)와 몸체케이스(210)는 플라즈마 용접(아크 용접), 레이저 용접 등에 의해 상호 접합될 수 있다. 이때, 모재인 외장케이스(200)의 변형을 방지하고 접합 강도를 향상시키기 위하여, 덮개케이스(220)와 몸체케이스(210)의 접합부, 즉 덮개케이스(220)의 내측면 가장자리 부분과 몸체케이스(210)의 플랜지부(215) 사이에는 용융 접합부재(230)가 개재될 수 있다. 용융 접합부재(230)는 모재인 외장케이스(200)의 용융점보다 낮으며 내부 열전달의 우려가 없으면서도 모재인 외장케이스(200)와의 접합성이 우수하여 충분한 접합 강도를 기대할 수 있는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 용융 접합부재(230)는 주석-납(Sn-Pb)계 합금, 주석-구리(Sn-Cu)계 합금, 주석-은(Sn-Ag)계 합금 등에서 선택될 수 있다.

한편, 외장케이스(200)는 용융 접합부재(230)와의 접합성을 향상시키기 위해 전체 표면 또는 용융 접합부재(230)의 접합부의 표면이 니켈 또는 구리 등으로 도금되는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 베이스부(211), 단자설치부(213) 및 플랜지부(215)로 구성되는 몸체케이스(210)와 전체적으로 플레이트 형상을 갖는 덮개케이스(220)를 포함하는 외장케이스(200)에 대하여 설명하였지만, 본 발명에서 외장케이스(200)의 구성은 본 실시예에 한정되지 아니하고 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.

도 1 내지 4를 참조하면, 한 쌍의 전극단자(300)는 몸체케이스(210)의 외부로 노출되도록 몸체케이스(210)에 마련된다. 구체적으로, 전극단자(300)는 몸체케이스(210)의 단자설치부(213)에 설치되는데, 단자설치부(213)의 상부벽을 관통하여 단자설치부(213)의 외부 상측 방향으로 노출되도록 마련된다. 이때, 전극단자(300)는 그 상면이 몸체케이스(210)의 베이스부(211)의 상면보다 낮은 높이로 형성되는 것이 바람직한데, 이는 단위 셀의 체적당 에너지 밀도(Wh/L)를 늘리기 위함이며, 다수개의 이차전지를 상하 방향으로 적층하여 이차전지 팩 혹은 이차전지 모듈을 제작하는 경우, 외장케이스(200)의 외부로 노출된 전극단자(300)가 이웃하는 다른 이차전지와 간섭하지 않도록 하여, 이차전지 팩을 보다 컴팩트하게 구성하고, 단락(Short) 발생을 방지하기 위함이다.

본 실시예에서 전극단자(300)는 외장케이스(200)의 몸체케이스(210)에 마련되지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 전극단자(300)는 외장케이스(200)의 덮개케이스(220)에 마련될 수 있다.

한 쌍의 전극단자(300)는 도 1에서 좌측에 위치한 양극단자(310)와 우측에 위치한 음극단자(320)를 포함한다. 이때, 양극단자(310)는 외장케이스(200)의 내부에 수용된 전극조립체(100)의 양극탭과 전기적으로 연결되고, 음극단자(320)는 전극조립체의 음극탭과 전기적으로 연결된다. 전극단자(310,320)는 구리 등의 도전성 금속재질로 이루지며, 전체적으로 원통 형상을 갖는다. 전극단자(310,320)는 외장케이스(200)의 상부벽, 보다 구체적으로 몸체케이스(210)에서 단자설치부(213)의 상부벽을 관통하여 외장케이스(200)에 결합된다. 다만, 전극단자(310,320)의 형상 등은 본 실시예에 한정되지 아니하고 다양하게 변경될 수 있다. 한편, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 전극단자(310,320)와 외장케이스(200) 사이에는 전극단자(310,320)와 도전성 금속재질의 외장케이스(200)를 절연시키기 위한 단자절연체(410,420)가 개재될 수 있다.

본 실시예에서 전극단자(300)는 양극단자(310)와 음극단자(320)의 한 쌍으로 마련되지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 양극단자(또는 음극단자)의 하나의 전극단자로 마련될 수 있다, 이 경우, 전극조립체(100)의 음극탭(또는 양극탭)은 도전성 금속재질의 외장케이스(200)와 전기적으로 연결되어 외장케이스(200)가 실질적으로 음극단자의 기능을 수행하게 된다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 전해액주입구(310a)는 외장케이스(200)의 내부로 전해액을 주입하기 위한 수단으로, 한 쌍의 전극단자(300) 중 도 1에서 좌측에 위치한 양극단자(310)에 관통 형성된다. 이와 다르게, 전해액주입구(310a)는 도 1에서 우측에 위치한 음극단자(320)에 관통 형성될 수 있으며, 더 나아가 양극단자(310)와 음극단자(320) 모두에 관통 형성되어 한 쌍으로 마련될 수 있다.

전해액주입구(310a)는, 도 4에 도시되는 바와 같이, 외장케이스(200)의 내부와 인접하도록 양극단자(310)의 하면까지 연장되는 제1 내측면(311)과, 제1 내측면(311)에서 상측 방향으로 연장되되 상측 방향으로 갈수록 직경이 점차 증가하는 테이퍼면(312)과, 테이퍼면(312)에서 양극단자(310)의 상면까지 연장되는 제2 내측면(313)을 포함한다. 이처럼, 전해액주입구(310a)는 테이퍼면(312)에 의해 상단부에 위치한 제2 내측면(313)의 직경이 하단부에 위치한 제1 내측면(311)의 직경보다 크게 형성되므로, 외장케이스(200)의 내부에 보다 안정적이고 원활하게 전해액을 주입할 수 있다.

종래에는 외장케이스의 내부로 전해액을 주입하기 위한 전해액주입구를 외장케이스에 관통 형성하였는데, 이러한 경우 전해액주입구를 밀봉하기 위한 밀봉수단이 외장케이스에 마련될 수밖에 없다. 이에 따라, 밀봉수단의 선택이 외장케이스의 구조적인 강도 혹은 구조적인 안정성에 의해 제한되므로, 밀봉성능이 우수한 다양한 밀봉수단을 선택할 수 없고 이로 인해 밀봉성능의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명에서 전해액주입구(310a)를 전극단자(300)에 관통 형성한 것은, 위와 같은 종래의 이차전지의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 다시 말해서, 본 발명은 전해액주입구(310a)를 외장케이스(200)에 형성하지 아니하고 전극조립체(100)의 양극판(또는 음극판)과 전기적으로 연결된 전극단자(300)에 형성함으로써, 전해액주입구(310a)를 밀봉하기 위한 밀봉수단이 구조적인 강도 혹은 구조적인 안정성이 확보되는 전극단자(300)에 마련되므로 밀봉수단의 선택을 다양화하면서도 밀봉성능의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 특히, 이러한 이점은 외장케이스의 벽 두께가 얇은 이른바 박형 고용량 이차전지의 경우에 있어서 더욱 의미가 있는 것이다.

또한, 박형 고용량 이차전지에서 외장케이스의 벽은 얇은 두께(주로, 1mm 내외)를 갖는데, 이러한 박형 고용량 이차전지에서 종래와 같이 전해액주입구를 외장케이스에 관통 형성하는 경우에는 전해액주입구의 길이가 매우 짧게 형성되므로 전해액주입구를 통해 전해액의 누액이 쉽게 발생할 수 있는 반면, 본 발명과 같이 전해액주입구(310a)를 전극단자(300)에 관통 형성하는 경우에는 전해액주입구(310a)의 길이를 종래에 비해 길게 형성할 수 있으므로 전해액주입구(310a)를 통한 전해액의 누액 현상을 크게 줄일 수 있다는 이점이 있다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 밀봉수단(500)은 외장케이스(200)의 내부에 전해액의 주입이 완료된 후 전해액주입구(310a)를 밀봉하기 위한 수단으로, 전해액주입구(310a)가 관통 형성되는 전극단자(310)에 마련된다. 밀봉수단(500)은 전해액주입구(310a)를 밀봉하도록 전극단자(310)에 결합되는 밀봉플레이트(510)를 포함한다. 여기서, 밀봉플레이트(510)의 상면은 도 4에 도시된 바와 같이 전극단자(310)의 상면보다 낮은 높이로 배치되거나 전극단자(310)의 상면과 동일한 높이로 배치되는 것이 바람직한데, 이는 밀봉플레이트(510)를 전극단자(310)에 대해 함몰되도록 형성함으로써 이차전지의 부피를 줄여 이차전지의 체적당 에너지 밀도(Wh/L)를 높이는 한편, 외부충격 등으로부터 밀봉플레이트(510)를 보호하기 위함이다. 이를 위해, 전극단자(310)는 그 상면으로부터 함몰 형성된 단턱면(314)이 마련된다.

본 실시예에서 밀봉플레이트(510)는 전해액주입구(310a)가 원형 단면을 갖는 것을 고려해서 도 1에 도시되는 바와 같이 원형의 판면 형상을 가지나, 밀봉플레이트(510)의 판면 형상은 이에 한정되지 아니하고 사각 판면 형상 등을 포함하여 다양한 형상을 가질 수 있다. 한편, 밀봉플레이트(510)와 전극단자(310)의 경계면에는 용접부(520)가 형성된다. 즉, 밀봉플레이트(510)는 그 가장자리를 따라 전극단자(310)에 용접 고정된다. 이때, 밀봉플레이트(510)와 전극단자(310)를 접합시키는 용접부(520)는 플라즈마 용접(아크 용접), 레이저 용접 등에 의해 형성될 수 있다.

밀봉수단(500)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 전해액주입구(310)에 채워지는 충진제(530)를 더 포함할 수 있다. 충진제(530)는 외장케이스(200)의 내부에 전해액의 주입이 완료된 후 전술한 밀봉플레이트(510)가 전극단자(310)의 상면에 용접되기 전에 전해액주입구(310a)에 채워져서 전해액주입구(310a)의 밀폐성 혹은 밀봉성능을 향상시키는 기능을 한다. 충진제(530)는 도 4에 도시된 바와 같이 전해액주입구(310a)의 전체 영역에 채워질 수도 있고, 이와 다르게 전해액주입구(310a)의 일부 영역에 채워질 수도 있다. 이러한 충진제(530)로는 구멍이나 틈을 메우기 위해 사용되는 공지의 충진 재료가 사용될 수 있으며, 충진 작업의 편의성을 위해 초기에는 약간의 유동성을 갖다가 충진이 완료되면 짧은 시간 내에 경화될 수 있는 충전 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 예컨대, 충진제(530)는 열가소성, 열경화성 수지성분의 충진제, 자외선경화성 수지성분의 충진제, 금속성분의 충진제 등으로 마련될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지에서 전극단자에 형성된 전해액주입구와 밀봉수단을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 이하, 도 5를 참조하며 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.

본 실시예에 따른 이차전지는, 전극단자(310)에 관통 형성된 전해액주입구(310a)를 밀봉하기 하기 위한 밀봉수단(500-1)을 제외하고, 전술한 실시예에 따른 이차전지의 구성과 실질적으로 동일하므로, 그 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였으며, 그에 대한 설명은 전술한 실시예를 준용하기로 한다.

본 실시예에 따른 이차전지에서, 밀봉수단(500-1)은 전해액주입구(310a)를 밀봉하도록 전극단자(310)에 결합되는 밀봉플레이트(510)와, 전해액주입구(310a)에 삽입되는 차단마개(540)와, 밀봉플레이트(510)와 차단마개(540) 사이에서 전해액주입구(310a)에 채워지는 충진제(530)를 포함한다. 한편, 밀봉플레이트(510)와 전극단자(310)의 경계면에는 용접부(520)가 형성되어 밀봉플레이트(510)는 그 가장자리를 따라 전극단자(310)에 용접 고정된다.

차단마개(540)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 전해액주입구(310a)의 제1 내측면(311)에 접촉하는 몸체부(545)와, 전해액주입구(310a)의 테이퍼면(312)에 접촉하는 테이퍼부(543)와, 전해액주입구(310a)의 제2 내측면(313)에 접촉하는 머리부(541)를 포함한다. 즉, 차단마개(540)는 부분별로 직경이 다른 원형 단면을 갖는다. 이러한 차단마개(540)는 그 테이퍼부(543)가 전해액주입구(310a)의 테이퍼면(312)에 걸려 지지됨으로써, 전해액주입구(310a) 내에서 그 위치가 고정된다. 다만, 차단마개(540)의 형상은 전해액주입구(310a)의 형상에 따라 달라질 수 있으며, 전해액주입구(310a)의 형상이 동일하더라도 전해액주입구(310a) 내의 소정의 위치에서 고정될 수 있다면 다양한 형상으로 변경될 수 있다. 한편, 차단마개(540)는 억지끼워맞춤 방식으로 전해액주입구(310a) 내에서 고정될 수 있다.

충진제(530)는 외장케이스(200)의 내부에 전해액의 주입이 완료되고 차단마개(540)가 전해액주입구(310a)에 삽입된 후 전술한 밀봉플레이트(510)가 전극단자(310)의 상면에 용접되기 전에 전해액주입구(310a)에 채워져서 전해액주입구(310a)의 밀폐성 혹은 밀봉성능을 향상시키는 기능을 한다. 여기서, 충진제(530)는 전해액주입구(310a)에 먼저 삽입된 차단마개(540)에 의해, 밀봉플레이트(510)와 차단마개(540) 사이에서 전해액주입구(310a)에 채워진다.

이처럼, 본 실시예에 따른 이차전지에서, 밀봉수단(500-1)은 밀봉플레이트(510)와 차단마개(540) 사이에서 전해액주입구(310a)에 충진제(530)를 채워넣음으로써, 전해액주입구(310a)의 밀폐성 혹은 밀봉성능을 향상시키면서도 충진제(530)가 전해액주입구(310a) 내에서 충분히 경화되기 전에 외장케이스(200)의 내부로 흘러들어가 전해액과 섞여서 성능 저하 등의 문제를 일으키는 것을 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지에서 전극단자에 형성된 전해액주입구와 밀봉수단을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 이하, 도 6을 참조하며 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지를 전술한 실시예들과 상이한 점을 중심으로 설명한다.

본 실시예에 따른 이차전지는, 전극단자(310-1)에 관통 형성된 전해액주입구(310a-1)와 전해액주입구(310a-1)를 밀봉하기 하기 위한 밀봉수단(500-2)을 제외하고, 전술한 실시예에 따른 이차전지의 구성과 실질적으로 동일하므로, 그 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였으며, 그에 대한 설명은 전술한 실시예를 준용하기로 한다.

본 실시예에 따른 이차전지에서, 전해액주입구(310a-1)는 외장케이스(200)의 내부와 인접하도록 전극단자(310-1)의 하면까지 연장되는 제1 내측면(315)과, 제1 내측면(315)의 상단에서 단차 형성되는 단차면(316)과, 테이퍼면(316)에서 전극단자(310-1)의 상면까지 연장되는 제2 내측면(317)을 포함한다. 이때, 전해액주입구(310a-1)는 상단부에 위치한 제2 내측면(317)의 직경이 하단부에 위치한 제1 내측면(315)의 직경보다 크게 형성되므로, 외장케이스(200)의 내부에 보다 안정적이고 원활하게 전해액을 주입할 수 있다.

본 실시예에 따른 이차전지에서, 밀봉수단(500-2)은 전해액주입구(310a-1)를 밀봉하도록 전해액주입구(310a-1)에 끼워지는 밀봉마개(570)를 포함한다. 밀봉마개(570)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 전해액주입구(310a-1)의 제1 내측면(315)에 접촉하는 몸체부(573)와, 전해액주입구(310a-1)의 단차면(316) 및 제2 내측면(317)에 접촉하는 머리부(571)를 포함한다. 이때, 밀봉마개(570)는 그 머리부(571)의 하면이 전해액주입구(310a-1)의 단차면(316)에 안착되어 지지된다. 즉, 밀봉마개(570)는 전체적으로 볼트(Bolt) 형상을 갖는다. 다만, 밀봉마개(570)의 형상은 전해액주입구(310a-1)의 형상에 따라 달라질 수 있는데, 예컨대 밀봉마개(570)는 본 실시예와 같은 볼트 형상이 아니라 봉 형상으로 마련될 수 있다. 여기서, 밀봉마개(570)의 머리부(571) 상면은 도 6에 도시된 바와 같이 전극단자(310)의 상면보다 낮은 높이로 배치되거나 전극단자(310-1)의 상면과 동일한 높이로 배치되는 것이 바람직한데, 이는 밀봉마개(570)를 전극단자(310-1)에 대해 함몰되도록 형성함으로써 이차전지의 부피를 줄여 이차전지의 체적당 에너지 밀도를 높이는 한편, 외부충격 등으로부터 밀봉마개(570)를 보호하기 위함이다. 이러한 밀봉마개(570)는 억지끼워맞춤 방식으로 전해액주입구(310a-1) 내에서 고정되는 것이 밀폐성 혹은 밀봉성능 측면에서 바람직하다.

한편, 전극단자(310-1)에 대해 밀봉마개(570)를 더욱 견고히 고정시키기 위해, 밀봉마개(570)의 머리부(571)와 전극단자(310-1) 사이에는 용접부(560)가 더 형성될 수 있다. 이때, 밀봉마개(570)와 전극단자(310-1)를 접합시키는 용접부(560)는 플라즈마 용접(아크 용접), 레이저 용접 등에 의해 형성될 수 있다.

이처럼, 본 실시예에 따른 이차전지에서, 밀봉수단(500-2)은 전해액주입구(310a-1)를 밀봉하도록 전해액주입구(310a-1)에 끼워지는 밀봉마개(570)를 포함함으로써, 안정적인 밀봉성능을 확보하면서도 충진제를 채워넣은 번거로운 작업을 생략할 수 있고, 전극단자(310-1)에 대한 밀봉마개(570)의 용접시 밀봉마개(570)를 위치 고정하기 위한 별도의 기구가 불필요하므로, 밀봉플레이트를 사용하는 전술한 실시예들에 비해 용접 작업의 편의성을 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는, 외장케이스의 내부에 전해액을 주입하기 위한 전해액주입구를 전극단자에 관통 형성함으로써, 전해액주입구를 밀봉하기 위한 밀봉수단이 구조적인 강도 혹은 구조적인 안정성이 확보되는 전극단자에 마련되므로, 밀봉수단의 선택을 다양화하면서도 밀봉성능의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 이러한 본 발명의 이점은 외장케이스의 벽 두께가 얇은 박형 고용량 이차전지에서 더욱 의미가 있는 것이다.

본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 전극조립체
200(210,220) : 외장케이스(몸체케이스,덮개케이스)
300(310,320) : 전극단자(양극단자,음극단자)
310a : 전해액주입구
500 : 밀봉수단

Claims (12)

1. 전극조립체;
   상기 전극조립체가 내부에 수용되는 외장케이스;
   상기 전극조립체와 전기적으로 연결되고, 상기 외장케이스의 외부로 노출되도록 상기 외장케이스에 마련되는 적어도 하나의 전극단자;
   상기 외장케이스의 내부로 전해액을 주입하도록 상기 전극단자에 관통 형성되는 전해액주입구; 및
   상기 전해액의 주입이 완료된 후, 상기 전해액주입구를 밀봉하기 위한 밀봉수단을 포함하고,
   상기 밀봉수단은, 상기 전해액주입구를 밀봉하도록 상기 전극단자에 결합되는 밀봉플레이트와, 상기 전해액주입구의 내부에 채워지는 충진제와, 상기 충진제가 상기 외장케이스의 내부로 흘러들어가는 것을 차단하도록 상기 전해액주입구 내부에 삽입되는 차단마개를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 전해액주입구의 길이는 상기 외장케이스의 벽 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 이차전지.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 밀봉플레이트의 상면은,
   상기 전극단자의 상면보다 낮은 높이로 배치되거나 상기 전극단자의 상면과 동일한 높이로 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전극단자는,
    상기 전극조립체의 양극판과 전기적으로 연결되는 양극단자; 및
    상기 전극조립체의 음극판과 전기적으로 연결되는 음극단자를 포함하고,
    상기 전해액주입구는,
    상기 양극단자 및 상기 음극단자 중 적어도 하나에 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 외장케이스는,
    베이스부와, 상기 베이스부에서 단차지게 형성되어 상기 전극단자가 설치되는 단자설치부를 갖는 몸체케이스; 및
    상기 몸체케이스의 개방된 일측을 덮도록 상기 몸체케이스에 결합되는 덮개케이스를 포함하고,
    상기 전극단자의 상면은,
    상기 베이스부의 상면보다 낮은 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 몸체케이스는,
    상기 베이스부와 상기 단자설치부의 외측면에서 절곡 연장되어 상기 덮개케이스와 접합되는 플랜지부를 더 포함하고,
    상기 플랜지부와 상기 덮개케이스 사이에는 용융 접합부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 이차전지.

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