KR101175013B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내구성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 전면, 후면 및 측면을 갖는 무지부가 형성된 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트; 및 상기 무지부에 전기적으로 연결되는 집전부를 포함하고, 상기 집전부는 상기 무지부의 전면 및 후면에 용접되는 한 쌍의 집전 탭; 및 상기 집전 탭과 전기적으로 연결되며 상기 캡 플레이트의 하면에 결합되는 집전 플레이트를 포함하고, 상기 한 쌍의 집전 탭 중 어느 하나에는 상기 집전 탭과 수직인 방향으로 돌출된 돌출부가 형성된 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{Rechargeable battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(Rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 배터리 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 배터리 셀이 수십 개 연결된 대용량 전지의 경우 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 상기 전극 조립체의 무지부에는 집전부가 용접되며, 상기 집전부는 진동 및 충격 조건에서 변형이 일어난다.
본 발명은 내구성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 전면, 후면 및 측면을 갖는 무지부가 형성된 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트; 및 상기 무지부에 전기적으로 연결되는 집전부를 포함하고, 상기 집전부는 상기 무지부의 전면 및 후면에 용접되는 한 쌍의 집전 탭; 및 상기 집전 탭과 전기적으로 연결되며 상기 캡 플레이트의 하면에 결합되는 집전 플레이트를 포함하고, 상기 한 쌍의 집전 탭 중 어느 하나에는 상기 집전 탭과 수직인 방향으로 돌출된 돌출부가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 한 쌍의 집전 탭은 서로 길이가 다를 수 있다. 여기서, 상기 돌출부는 상기 한 쌍의 집전 탭 중 상대적으로 길이가 더 긴 집전 탭에 형성될 수 있다.
상기 돌출부는 상기 전극 조립체의 측면에 접촉될 수 있다. 또한, 상기 돌출부의 길이는 상기 무지부의 두께와 동일하거나 작을 수 있다.
상기 집전부는 상기 집전 플레이트에 결합되는 전극 단자를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 본 발명에 따른 이차 전지는 전면, 후면 및 측면을 갖는 무지부가 형성된 제 2 전극 조립체; 및 상기 제 2 전극 조립체의 무지부의 전면 및 후면에 용접되는 한 쌍의 제 2 집전 탭을 포함하고, 상기 한 쌍의 제 2 집전 탭 중 어느 하나에는 상기 제 2 집전 탭과 수직인 방향으로 돌출된 제 2 돌출부가 형성될 수 있다.
여기사, 상기 한 쌍의 제 2 집전 탭은 상기 집전 플레이트에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 집전부에 돌출부가 형성되어 진동 및 충격에 따른 집전부의 이동을 방지함으로써, 이차 전지의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명이 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체와 집전부가 결합된 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체와 집전부가 결합된 사시도이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다. 도 3은 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다. 도 4는 본 발명이 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체와 집전부가 결합된 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 집전부(120), 케이스(130) 및 캡 조립체(140)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(111), 세퍼레이터(113), 제 2 전극판(112)의 적층제를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판(111)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극판(112)은 음극으로서 작용할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
상기 제 1 전극판(111)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 1 활물질이 도포되지 않은 영역인 제 1 전극 무지부(114)를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부(114)는 제 1 전극판(111)과, 제 1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 상기 제 1 전극 무지부(114)는 상기 전극 조립체(110)의 일단에 형성된다.
상기 제 2 전극판(112)은 니켈 또는 구리와 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 2 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 2 전극 무지부(115)를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부(115)는 제 2 전극판(112)과, 제 2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 상기 제 2 전극 무지부(115)는 상기 전극 조립체(110)의 타단에 형성된다.
상기 세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다.
상기 집전부(120)는 상기 전극 조립체(110)와 전기적으로 연결된다. 상기 집전부(120)는 상기 전극 조립체(110)의 제 1 전극 무지부(114) 및 제 2 전극 무지부(115)에 전기적으로 연결되어 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 외부로 전극을 노출시킨다. 여기서, 상기 제 1 전극 무지부(114)에 전기적으로 연결된 집전부(120)와 상기 제 2 전극 무지부(115)에 전기적으로 연결된 집전부(120)는 동일하다. 따라서, 이하에서는 상기 제 1 전극 무지부(114)에 전기적으로 연결된 집전부(120)에 대해서만 설명하기로 한다.
상기 집전부(120)는 한 쌍의 집전 탭(121,122), 돌출부(123), 집전 플레이트(124), 전극 단자(125) 및 단자 너트(126)를 포함한다.
상기 한 쌍의 집전 탭(121,122)은 상기 제 1 무지부(114)의 전면(114a) 및 후면(114b)에 용접된다. 여기서, 상기 제 1 무지부(114)의 전면(114a)에 용접된 집전 탭을 전면 집전 탭(121), 후면(114b)에 용접된 집전 탭을 후면 집전 탭(122)이라고 하기로 한다. 즉, 상기 한 쌍의 집전 탭(121,122)은 전면 집전 탭(121) 및 후면 집전 탭(122)으로 이루어진다. 상기 전면 집전 탭(121)과 상기 후면 집전 탭(122)은 서로 길이가 다르게 형성될 수 있으며, 둘 중에서 상대적으로 더 긴 집전 탭에 돌출부(123)가 형성된다. 본 발명에서는 상기 전면 집전 탭(121)의 길이가 상기 후면 집전 탭(122)의 길이보다 더 짧게 형성된 경우에 대해서 설명하기로 한다.
상기 전면 집전 탭(121)은 상기 제 1 무지부(114)의 전면(114a)에 용접되며, 상기 후면 집전 탭(122)의 길이보다 짧게 형성된다. 상기 후면 집전 탭(122)은 상기 전면 집전 탭(121)과 이격되어 형성되며, 상기 제 1 무지부(114)의 후면(114b)에 용접된다. 또한, 상기 후면 집전 탭(122)에는 돌출부(123)가 형성된다.
상기 돌출부(123)는 상기 후면 집전 탭(122)의 일단에 형성되며, 상기 후면 집전 탭(122)과 수직인 방향으로 돌출되게 형성된다. 즉, 상기 돌출부(123)는 상기 후면 집전 탭(122)과 연결되며, 상기 후면 집전 탭(122)으로부터 상기 전면 집전 탭(121) 방향으로 돌출되게 형성된다. 또한, 상기 돌출부(123)는 제 1 무지부(114)의 측면(114c)과 접촉하게 된다. 따라서, 상기 돌출부(123)는 진동 및 충격 조건하에서, 상기 집전부(120)가 전극 조립체(110)로부터 분리되어 외부로 이동하는 것을 막을 수 있다. 또한, 상기 돌출부(123)의 길이는 상기 제 1 무지부(114)의 두께와 동일하게 형성되거나 작게 형성될 수 있다. 상기 돌출부(123)의 길이가 상기 제 1 무지부(114)의 두께보다 크게 형성되면, 상기 돌출부(123)에 의해 케이스(130)가 파손될 위험이 있다.
상기 전면 집전 탭(121)과 상기 후면 집전 탭(122)은 반대로 형성될 수 있다. 즉, 상기 후면 집전 탭(122)의 길이가 상기 전면 집전 탭(121)의 길이보다 더 짧게 형성되고, 상기 전면 집전 탭(121)에 돌출부(123)가 형성될 수 있다.
상기 집전 플레이트(124)는 상기 한 쌍의 집전 탭(121,122)과 전기적으로 연결되며, 후술되는 캡 플레이트(141)의 하면에 결합된다. 상기 집전 플레이트(124)에는 단자홀(124a)이 형성된다. 상기 단자홀(124a)에는 상기 전극 단자(125)가 끼워져 결합된다.
상기 전극 단자(125)는 캡 플레이트(141)를 관통하여 상기 집전 플레이트(124)와 전기적으로 연결된다. 상기 전극 단자(125)는 기둥 형태로 형성된다. 여기서, 상기 전극 단자(125)는 캡 플레이트(141)의 상부로 노출된 상부 기둥의 외주면에는 나사산이 형성되고, 캡 플레이트(141)의 하부에 위치하는 하부 기둥에는 전극 단자(125)가 캡 플레이트(141)로부터 빠지지 않도록 플랜지(125a)가 형성된다. 상기 전극 단자(125)에서 플랜지(125a) 하부에 위치하는 일부 기둥은 상기 집전 플레이트(124)의 단자홀(124a)에 끼워진다.
상기 단자 너트(126)는 상기 전극 단자(125)와 결합된다. 상기 단자 너트(126)의 내측에는 나사산이 형성되며, 상기 단자 너트(126)에 형성된 나사산이 상기 전극 단자(125)에 형성된 나사산에 체결되어 상기 전극 단자(125)를 캡 플레이트(141)에 고정시킨다.
상기 케이스(130)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110) 및 집전부(120)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 한편, 케이스(130)의 내면은 절연처리되어, 전극 조립체(110), 집전부(120) 및 캡 조립체(140)와 절연된다. 여기서, 상기 케이스(130)는 하나의 극성, 예를 들어 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 캡 조립체(140)는 상기 케이스(130)에 결합된다. 상기 캡 조립체(140)는 구체적으로 캡 플레이트(141), 가스켓(142), 마개(143), 벤트 플레이트(144), 상부 절연부재(145) 및 하부 절연부재(146)를 포함한다.
상기 캡 플레이트(141)는 상기 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 상기 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(141)는 상기 케이스(130)와 동일한 극성을 가질 수 있다. 상기 캡 플레이트(141)에는 상기 전극 단자(125)가 관통되는 관통홀(141a)이 형성된다.
상기 가스켓(142)은 절연성 재질로 전극 단자(125)와 캡 플레이트(141) 사이에 형성되어, 상기 전극 단자(125)와 캡 플레이트(141) 사이를 밀봉시킨다. 이러한 가스켓(142)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부로 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 마개(143)는 상기 캡 플레이트(141)의 전해액 주입구(141b)를 밀봉하며, 벤트 플레이트(144)는 캡 플레이트(141)의 벤트홀(141c)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 형성된 노치(144a)를 포함한다.
상기 상부 절연부재(145)는 전극 단자(125)와 캡 플레이트(141) 사이에 상기 전극 단자(125)가 끼워지도록 형성되며, 캡 플레이트(141)와 가스켓(142)에 밀착된다. 이러한 상부 절연부재(145)는 전극 단자(125)와 캡 플레이트(141)를 절연시킨다.
상기 하부 절연부재(146)는 상기 집전 플레이트(124)와 캡 플레이트(141) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다. 상기 하부 절연부재(146)에는 상기 전극 단자(125)가 관통되는 관통홀(146a)이 형성된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 집전부(120)에 돌출부(123)가 형성되어 진동 및 충격에 따른 집전부(120)의 이동을 방지함으로써, 이차 전지(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체와 집전부가 결합된 사시도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 유사하다. 따라서, 여기서는 그 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 제 1 전극 조립체(210a), 제 2 전극 조립체(210b), 집전부(220), 케이스(130) 및 캡 조립체(140)를 포함한다.
상기 제 1 전극 조립체(210a) 및 상기 제 2 전극 조립체(210b)는 상기에서 설명한 전극 조립체(110)와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 집전부(220)는 한 쌍의 제 1 집전 탭(221a,222a), 제 1 돌출부(223a), 한 쌍의 제 2 집전 탭(221b,222b), 제 2 돌출부(223b), 집전 플레이트(224), 전극 단자(125) 및 단자 너트(126)를 포함한다.
상기 한 쌍의 제 1 집전 탭(221a,222a)은 상기 제 1 전극 조립체(210a)와 결합되고, 상기 한 쌍의 제 2 집전 탭(221b,222b)은 상기 제 2 전극 조립체(210b)와 결합된다. 즉, 상기 집전부(220)는 2개의 전극 조립체(210a,210b)와 결합되어 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)를 완성하게 된다. 상기 한 쌍의 제 1 집전 탭(221a,222a)과 한 쌍의 제 2 집전 탭(221b,222b)은 서로 이격되어 형성되고, 하나의 집전 플레이트(224)에 전기적으로 연결된다.
상기 한 쌍의 제 1 집전 탭(221a,222a)은 상기 제 1 전극 조립체(210a)의 무지부(214)에 용접된다. 상기 한 쌍의 제 1 집전 탭(221a,222a)은 상기 무지부(214)의 전면에 용접된 제 1 전면 집전 탭(221a) 및 후면에 용접된 제 1 후면 집전 탭(222a)을 포함한다. 상기 제 1 전면 집전 탭(221a)은 상기 제 1 후면 집전 탭(222a)의 길이보다 짧게 형성되며, 상기 제 1 후면 집전 탭(222a)에는 제 1 돌출부(223a)가 형성된다.
상기 제 1 돌출부(223a)는 상기 제 1 후면 집전 탭(222a)의 일단에 형성되며, 상기 제 1 후면 집전 탭(222a)과 수직인 방향으로 돌출되게 형성된다. 즉, 상기 제 1 돌출부(223a)는 상기 제 1 후면 집전 탭(222a)과 연결되며, 상기 제 1 후면 집전 탭(222a)으로부터 상기 제 1 전면 집전 탭(221a) 방향으로 돌출되게 형성된다. 또한, 상기 제 1 돌출부(223a)는 무지부(214)의 측면과 접촉하게 된다. 따라서, 상기 제 1 돌출부(223a)는 진동 및 충격 조건하에서, 상기 제 1 집전부(220)가 제 1 전극 조립체(210a)로부터 분리되어 외부로 이동하는 것을 막을 수 있다.
상기 한 쌍의 제 2 집전 탭(221b,222b)은 상기 제 2 전극 조립체(210b)의 무지부(214)에 용접된다. 상기 한 쌍의 제 2 집전 탭(221b,222b)은 상기 무지부(214)의 전면에 용접된 제 2 전면 집전 탭(221b) 및 후면에 용접된 제 2 후면 집전 탭(222b)을 포함한다. 상기 제 2 전면 집전 탭(221b)은 상기 제 2 후면 집전 탭(222b)의 길이보다 짧게 형성되며, 상기 제 2 후면 집전 탭(222b)에는 제 2 돌출부(223b)가 형성된다.
상기 제 2 돌출부(223b)는 상기 제 2 후면 집전 탭(222b)의 일단에 형성되며, 상기 제 2 후면 집전 탭(222b)과 수직인 방향으로 돌출되게 형성된다. 즉, 상기 제 2 돌출부(223b)는 상기 제 2 후면 집전 탭(222b)과 연결되며, 상기 제 2 후면 집전 탭(222b)으로부터 상기 제 2 전면 집전 탭(221b) 방향으로 돌출되게 형성된다. 또한, 상기 제 2 돌출부(223b)는 무지부(214)의 측면과 접촉하게 된다. 따라서, 상기 제 2 돌출부(223b)는 진동 및 충격 조건하에서, 상기 제 2 집전부(220)가 제 2 전극 조립체(210b)로부터 분리되어 외부로 이동하는 것을 막을 수 있다.
상기 집전 플레이트(224)는 상기 한 쌍의 제 1 집전 탭(221a,222a) 및 한 쌍의 제 2 집전 탭(221b,222b)과 전기적으로 연결되며, 캡 플레이트(141)의 하면에 결합된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 이차 전지 110: 전극 조립체
120: 집전부 121: 전면 집전 탭
122: 후면 집전 탭 123: 돌출부
124: 집전 플레이트 125: 전극 단자
126: 단자 너트 130: 케이스
140: 캡 조립체 141: 캡 플레이트
142: 가스켓 143: 마개
144: 벤트 플레이트 145: 상부 절연부재
146: 하부 절연부재

Claims (8)

  1. 전면, 후면 및 측면을 갖는 무지부가 형성된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수용되는 케이스;
    상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트; 및
    상기 무지부에 전기적으로 연결되는 집전부를 포함하고,
    상기 집전부는
    상기 무지부의 전면 및 후면에 용접되는 한 쌍의 집전 탭; 및
    상기 집전 탭과 전기적으로 연결되며 상기 캡 플레이트의 하면에 결합되는 집전 플레이트를 포함하고,
    상기 한 쌍의 집전 탭 중 어느 하나에는 상기 집전 탭과 수직인 방향으로 돌출된 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 집전 탭은 서로 길이가 다른 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 한 쌍의 집전 탭 중 상대적으로 길이가 더 긴 집전 탭에 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 전극 조립체의 측면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부의 길이는 상기 무지부의 두께와 동일하거나 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전부는 상기 집전 플레이트에 결합되는 전극 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    전면, 후면 및 측면을 갖는 무지부가 형성된 제 2 전극 조립체; 및
    상기 제 2 전극 조립체의 무지부의 전면 및 후면에 용접되는 한 쌍의 제 2 집전 탭을 포함하고,
    상기 한 쌍의 제 2 집전 탭 중 어느 하나에는 상기 제 2 집전 탭과 수직인 방향으로 돌출된 제 2 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제 2 집전 탭은 상기 집전 플레이트에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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