KR101175014B1 - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 이차 전지의 낙하시 캡 플레이트에 밀착된 하부 절연 부재와 전극 조립체 사이의 충격을 완화시킴으로써, 전극 조립체의 변형 및 손상을 방지하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 집전 단자; 상기 전극 조립체, 케이스 및 집전 단자를 밀봉하도록 상기 케이스를 막는 캡 플레이트; 상기 집전 단자와 상기 캡 플레이트의 사이에 개재된 절연 부재; 및 상기 집전 단자에 전기적으로 연결되고, 상기 절연 부재와 상기 캡 플레이트를 관통하여 형성된 전극 단자를 포함하고, 상기 절연 부재에는 상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트의 사이에 위치되는 충격 완화 부재가 더 결합된 이차 전지를 개시한다.
이를 위해 본 발명은 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 집전 단자; 상기 전극 조립체, 케이스 및 집전 단자를 밀봉하도록 상기 케이스를 막는 캡 플레이트; 상기 집전 단자와 상기 캡 플레이트의 사이에 개재된 절연 부재; 및 상기 집전 단자에 전기적으로 연결되고, 상기 절연 부재와 상기 캡 플레이트를 관통하여 형성된 전극 단자를 포함하고, 상기 절연 부재에는 상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트의 사이에 위치되는 충격 완화 부재가 더 결합된 이차 전지를 개시한다.
Description
본 발명의 일실시예는 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 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형 및 각형을 들 수 있으며, 양극판 및 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와, 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 또는 돌출된다.
본 발명의 일실시예는 이차 전지의 낙하시 캡 플레이트에 밀착된 하부 절연 부재와 전극 조립체 사이의 충격을 완화시킴으로써, 전극 조립체의 변형 및 손상을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의한 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 집전 단자; 상기 전극 조립체, 케이스 및 집전 단자를 밀봉하도록 상기 케이스를 막는 캡 플레이트; 상기 집전 단자와 상기 캡 플레이트의 사이에 개재된 절연 부재; 및 상기 집전 단자에 전기적으로 연결되고, 상기 절연 부재와 상기 캡 플레이트를 관통하여 형성된 전극 단자를 포함하고, 상기 절연 부재에는 상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트의 사이에 위치되는 충격 완화 부재가 더 결합된다.
상기 절연 부재에는 상기 충격 완화 부재가 관통하도록 관통홀이 형성된다. 상기 절연 부재는 하면에 상기 관통홀과 연통되고, 상기 충격 완화 부재가 밀착되도록 하부 안착홈이 형성된다.
상기 충격 완화 부재는 상기 절연 부재의 하면과 밀착되는 몸체; 및 상기 절연 부재를 관통하여 상부 방향으로 연장된 결합 돌기를 포함하여 이루어진다. 상기 결합 돌기에는 상단에 걸림 돌기가 형성된다. 상기 충격 완화 부재는 상면에 상기 걸림 돌기가 안착되는 상부 안착홈이 더 형성된다. 상기 걸림 돌기는 상기 캡 플레이트에 밀착된다. 상기 충격 완화 부재는 상기 몸체의 표면에 다수의 돌기가 형성되고, 상기 다수의 돌기중 적어도 하나는 상기 절연 부재의 하면에 밀착된다. 상기 다수의 돌기는 높이가 서로 다르다. 상기 다수의 돌기는 서로 연결된다. 상기 충격 완화 부재는 상기 몸체의 폭이 상기 결합 돌기의 폭보다 크다.
상기 충격 완화 부재의 로크웰 경도는 상기 절연 부재의 로크웰 경도보다 작다.
상기 충격 완화 부재는 러버이다.
상기 충격 완화 부재는 폴리우레탄 러버이다.
상기 충격 완화 부재는 로크웰 경도가 40 내지 50이다.
본 발명의 일실시예에 의한 이차 전지는 상대적으로 로크웰 경도가 큰 절연 부재에 상대적으로 로크웰 경도가 작은 충격 완화 부재가 더 설치되어 있다. 따라서, 상기 충격 완화 부재는 이차 전지의 낙하 충격시 전극 조립체와 절연 부재의 직접적인 접촉을 방지하고, 상기 전극 조립체로부터 전달되는 충격을 흡수하여 완화한다. 따라서, 상기 충격 완화 부재는 전극 조립체의 변형 및 손상을 방지함으로써, 전극 조립체와 캡 플레이트 사이의 직접적인 전기적 쇼트를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 A의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에 개재된 하부 절연 부재를 도시한 부분 확대 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지중 하부 절연 부재 및 충격 완화 부재 사이의 결합 관계를 도시한 확대 사시도이다.
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지중 하부 절연 부재와 충격 완화 부재 사이의 결합 관계를 도시한 투시도이고, 도 6b는 충격 완화 부재를 도시한 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지중 하부 절연 부재의 하면을 도시한 사시도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지중 하부 절연 부재와 충격 완화 부재의 결합 방법을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 A의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에 개재된 하부 절연 부재를 도시한 부분 확대 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지중 하부 절연 부재 및 충격 완화 부재 사이의 결합 관계를 도시한 확대 사시도이다.
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도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지중 하부 절연 부재의 하면을 도시한 사시도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지중 하부 절연 부재와 충격 완화 부재의 결합 방법을 도시한 사시도이다.
이하, 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.
여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 A의 확대 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에 개재된 하부 절연 부재를 도시한 부분 확대 사시도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제1단자(120), 제2단자(130), 케이스(140) 및 캡 조립체(150)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제1전극판(111)은 음극으로서 동작할 수 있으며, 제2전극판(112)은 양극으로서 동작할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
상기 제1전극판(111)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제1활물질이 도포되지 않는 영역인 제1전극 무지부(111a)를 포함한다. 상기 제1전극 무지부(111a)는 제1전극판(111)과, 제1전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제1전극판(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2전극판(112)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제2전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제2활물질이 도포되지 않은 영역인 제2전극 무지부(112a)를 포함한다. 상기 제2전극 무지부(112a)는 제2전극판(112)과, 제2전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제2전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제1전극판(111) 및 제2전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수도 있다.
상기 세퍼레이터(113)는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 각각에 전기적으로 연결되는 제1단자(120) 및 제2단자(130)가 결합된다.
이러한 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 케이스(140)에 수납된다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
상기 제1단자(120)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 상기 제1전극판(111)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1단자(120)는 제1집전판(121), 제1집전 단자(122), 제1단자 플레이트(123) 및 제1체결 단자(124)를 포함한다.
상기 제1집전판(121)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제1전극 무지부(111a)와 접촉된다. 실질적으로, 상기 제1집전판(121)은 상기 제1전극 무지부(111a)에 용접된다. 상기 제1집전판(121)은 대략 '┎' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀(121d)이 형성된다. 상기 단자홀(121d)에는 상기 제1집전 단자(122)가 끼워져 결합된다. 이러한 제1집전판(121)은 예를 들면 구리 또는 구리 합금으로 제조된다. 그러나, 이러한 재질로 제1집전판(121)을 한정하는 것은 아니다.
상기 제1집전 단자(122)는 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 또한 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제1집전판(121)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1집전 단자(122)는 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부에는 제1집전 단자(122)가 상기 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(122a)가 형성되어 있다. 상기 제1집전 단자(122)중 플랜지(122a)의 하부에 형성된 영역은 상기 제1집전판(121)의 단자홀(121d)에 끼워지고 용접된다. 또한, 상기 제1집전 단자(122)중 상기 플랜지(122a)의 상부에 형성된 영역은 제1단자 플레이트(123)에 고정된다. 즉, 상기 제1집전 단자(122)의 상단은 하기할 제1단자 플레이트(123)에 결합된 후 리벳팅된다. 여기서, 상기 제1집전 단자(122)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 이러한 제1집전 단자(122)는 예를 들면 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 상기 제1집전 단자(122)가 한정되는 것은 아니다.
상기 제1단자 플레이트(123)는 대략 육면체 형태로 형성되고, 중앙에 상기 제1집전 단자(122)가 관통 결합되도록 대략 수직 방향으로 관통홀(123d)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제1단자 플레이트(123)의 대략 상부에는 상기 제1체결 단자(124)가 안착되도록 일정 깊이의 체결홈(123b)이 형성되어 있다. 상기 제1단자 플레이트(123)는 스텐레스 스틸, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성되며, 여기서 그 재질이 한정되지 않는다. 더불어 상기 제1단자 플레이트(123)와 상기 캡 플레이트(151)는 서로 절연되어 있다.
한편, 상기 제1집전 단자(122)와 상기 제1단자 플레이트(123)는 상호간 결합 및 고정되어 있다. 즉, 상기 제1집전 단자(122)가 상기 제1단자 플레이트(123)의 관통홀(123d)을 관통한 후, 상기 제1집전 단자(122)의 상단이 리벳팅되어 있다. 따라서, 상기 제1집전 단자(122)와 상기 제1단자 플레이트(123)는 기계적 및 전기적으로 강하게 결합된다. 여기서, 상기 제1집전 단자(122)는 상단이 상기 제1단자 플레이트(123)의 체결홈(123b)과 동일면을 이루거나 또는 더 낮은 면을 이룬다. 따라서, 상기 제1집전 단자(122)가 제1단자 플레이트(123)와 제1체결 단자(124) 사이의 체결 또는 결합을 방해하지 않는다.
상기 제1체결 단자(124)는 체결 몸체(124a)와 볼트부(124b)를 포함한다. 상기 체결 몸체(124a)는 상기 제1단자 플레이트(123)에 구비된 체결홈(123b)에 결합된다. 이러한 체결 몸체(124a)는 실질적으로 대략 보드 또는 판 형태를 한다. 따라서, 상기 체결 몸체(124a)는 상기 제1집전 단자(122) 및 상기 제1단자 플레이트(123)에 전기적 및 기계적으로 밀착된다. 상기 볼트부(124b)는 상기 체결 몸체(124a)로부터 상부 방향으로 일정 길이 돌출 및 연장되어 있으며, 표면에 다수의 나사산이 형성되어 있다. 한편, 이러한 제1체결 단자(124)는 스텐레스 스틸, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
한편, 상기 제1단자 플레이트(123)와 상기 제1체결 단자(124)는 상호간의 경계면이 레이저 빔으로 용접되어 있음으로써, 상호간 결합 및 고정되어 있다.
상기 제2단자(130) 역시 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제2전극판(112)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2단자(130)는 제2집전판(131), 제2집전 단자(132), 제2단자 플레이트(133) 및 제2체결 단자(134)를 포함한다. 여기서, 상기 제2단자(130)의 형태는 상기 제1단자(120)의 형태와 동일할 수 있다. 따라서, 그 형태의 설명은 생략한다. 다만, 상기 제2집전판(131) 및 제2집전 단자(132)는 주로 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 재로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제2단자 플레이트(133) 및 제2체결 단자(134)는 주로 스텐레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 제2단자 플레이트(133)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 따라서 이하에서 설명될 케이스(140) 및 캡 플레이트(151)는 상기 제2단자(130)와 같은 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다.
한편, 상기 케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제1단자(120) 및 제2단자(130)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는, 케이스(140)와 캡 조립체(150)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(150)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제1단자(120), 제2단자(130) 및 캡 조립체(150)와 절연될 수 있다.
상기 캡 조립체(150)는 상기 케이스(140)에 결합된다. 상기 캡 조립체(150)는 구체적으로 캡 플레이트(151), 시일 가스켓(152), 마개(153), 안전벤트(154), 상부 절연 부재(155)를 포함한다. 더불어, 상기 캡 조립체(150)는 추가적으로 하부 절연 부재(160)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 시일 가스켓(152), 상부 절연 부재(155) 및 하부 절연 부재(160)는 캡 조립체(150)의 구성 요소가 아니라 상기 제1단자(120) 및/또는 제2단자(130)의 구성 요소로 분류하거나, 또는 독자적인 구성 요소로 분류할 수도 있다.
상기 캡 플레이트(151)는 상기 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 상기 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 캡 플레이트(151)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(140)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(151)는 상술한 바와 같이 제2단자(130)와 동일한 극성을 가질 수 있으므로, 상기 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 시일 가스켓(152)은 절연성 재질로 제1집전 단자(122) 및 제2집전 단자 (132) 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 제1집전 단자(122) 및 제2집전 단자(132)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이를 밀봉시킨다. 이러한 시일 가스켓(152)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다. 일례로, 상기 시일 가스켓(152)은 전해액과 반응하지 않는 PFA(Perfluoroalkoxy)일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 마개(153)는 상기 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)를 밀봉하며, 상기 안전벤트(154)는 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)에 설치되고, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(154a)가 형성될 수 있다.
상기 상부 절연 부재(155)는 제1단자 플레이트(123) 및 제2단자 플레이트(133)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성된다. 또한, 상기 상부 절연 부재(155)는 상기 캡 플레이트(151)와 밀착된다. 더욱이, 상기 상부 절연 부재(155)는 시일 가스켓(152)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연 부재(155)는 제1단자 플레이트(123) 및 제2단자 플레이트(133)의 각각과 캡 플레이트(151)를 절연시킨다. 일례로, 상기 상부 절연 부재(155)는 PPS(Polyphenylene Sulfide)일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 하부 절연 부재(160)는 제1집전판(121) 및 제2집전판(131)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 상호간 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 즉, 상기 하부 절연 부재(160)는 제1집전판(121)과 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트, 그리고 상기 제2집전판(131)과 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트를 방지한다. 더불어, 이러한 하부 절연 부재(160)는 제1집전 단자(122)와 제2집전 단자(132)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에도 형성됨으로써, 제1집전 단자(122)와 제2집전 단자(132)의 각각과 상기 캡 플레이트(151) 사이의 불필요한 쇼트도 방지한다. 일례로, 상기 하부 절연 부재(160)는 PPS(Polyphenylene Sulfide)일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
한편, 상기 하부 절연 부재(160)에는 전극 조립체(110)의 변형이나 손상을 방지하기 위한 충격 완화 부재(170)가 더 결합되어 있다. 즉, 상기 하부 절연 부재(160)에는 상기 전극 조립체(110)와 상기 캡 플레이트(151)의 사이에 위치되는 충격 완화 부재(170)가 더 결합되어 있다. 일반적으로 이차 전지는 낙하 충격시 상기 전극 조립체(110)가 케이스(140)의 내부에서 약간 움직여 상대적으로 딱딱한 재질의 상기 하부 절연 부재(160)의 모서리 등에 접촉할 수 있다. 그러면, 상기 전극 조립체(110)가 변형되거나 손상되고, 결국 상기 전극 조립체(110)와 상기 캡 플레이트(151)의 사이에 원하지 않는 쇼트가 발생할 수 있다. 물론, 전극 조립체(110)와 집전판(121,131), 또는 전극 조립체(110)와 집전 단자(122,132)의 사이에 원하지 않는 쇼트가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 전극 조립체(110)로부터의 충격을 흡수하여 완화할 수 있는 충격 완화 부재(170)가 상기 하부 절연 부재(160)에 결합된다.
여기서, 상기 충격 완화 부재(170)는 상기 하부 절연 부재(160)에 비하여 상대적으로 부드러운 재질일 수 있다. 예를 들면, 상기 충격 완화 부재(170)의 로크웰 경도는 상기 하부 절연 부재(160)의 로크웰 경도보다 작은 값을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 좀더 구체적으로, 상기 충격 완화 부재(170)는 러버, 특히 폴리우레탄 러버일 수 있다. 일례로, 폴리우레탄 러버로 형성된 충격 완화 부재(170)는 로크웰 경도가 대략 40 내지 50 정도로서, 상기 전극 조립체(110)의 충격을 효율적으로 흡수하여 완화할 수 있다.
여기서, 상기 폴리우레탄 러버는 성형이 자유로울 뿐만 아니라, 다양한 로크웰 경도(대략 30 내지 95, 단위는 R-scale)를 구현할 수 있다. 더욱이, 상기 폴리우레탄 러버는 전해액에 반응하지 않을 뿐만 아니라, 탄성이 우수하고, 가공이 용이하여 본 발명의 일실시예에 의한 충격 완화 부재(170)로서 가장 적절하다. 그러나, 상기 하부 절연 부재(160)는 일반적으로 상기 폴리우레탄 러버가 갖는 로크웰 경도보다 높은 로크웰 경도를 가지며, 상대적으로 딱딱하다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지중 하부 절연 부재 및 충격 완화 부재 사이의 결합 관계를 도시한 확대 사시도이다. 도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지중 하부 절연 부재와 충격 완화 부재 사이의 결합 관계를 도시한 투시도이고, 도 6b는 충격 완화 부재를 도시한 정면도이다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지중 하부 절연 부재의 하면을 도시한 사시도이다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 하부 절연 부재(160)에는 전극 조립체와 캡 플레이트의 사이에 위치되는 충격 완화 부재(170)가 더 결합되어 있다. 이하에서는, 하부 절연 부재(160) 및 충격 완화 부재(170)에 대해서 구체적으로 설명한다.
상기 하부 절연 부재(160)는 집전 단자(제1집전 단자 또는 제2집전 단자)가 관통되어 결합될 수 있도록 대략 수직 방향으로 메인 관통홀(161)이 형성되어 있고, 또한 상기 메인 관통홀(161)의 일측에는 상기 충격 완화 부재(170)가 관통되어 결합될 수 있도록 대략 수직 방향으로 서브 관통홀(162)이 형성되어 있다.
더불어, 상기 하부 절연 부재(160)의 상면에는 다수의 돌기(163a,163b)가 형성되어 있으며, 이는 상기 캡 플레이트의 요홈(미도시)에 결합된다. 따라서, 상기 캡 플레이트의 하면에서 상기 하부 절연 부재(160)가 소정 방향으로 회전되지 않게 된다.
한편, 상기 하부 절연 부재(160)는 하면에 상기 메인 관통홀(161)과 연통되고, 상기 집전 단자(122)의 플랜지(122a, 도 3 참조)가 안착될 수 있도록 제1메인 하부 안착홈(164)이 형성되어 있다. 또한 상기 하부 절연 부재(160)에는 하면에 상기 제1메인 하부 안착홈(164)과 연통되고, 상기 집전판(121, 도 3 참조)이 안착될 수 있도록 제2메인 하부 안착홈(165)에 형성되어 있다.
또한, 상기 하부 절연 부재(160)는 상기 제1,2메인 하부 안착홈(164,165)의 일측으로서, 상기 서브 관통홀(162)과 연통되고, 상기 충격 완화 부재(170)가 안착될 수 있도록 서브 하부 안착홈(166)이 형성되어 있다. 즉, 상기 하부 절연 부재(160)는 하면에 상기 서브 관통홀(162)과 연통되는 서브 하부 안착홈(166)이 형성되어 있다. 더불어, 상기 하부 절연 부재(160)는 상면에 상기 서브 관통홀(162)과 연통된 상부 안착홈(167)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 메인 관통홀(161)과 서브 관통홀(162)의 사이에 돌기(163b)가 형성될 수 있고, 이러한 돌기(163b)는 상기 메인 관통홀(161)의 타측에 형성된 돌기(163a)와 일정 거리 이격됨으로써, 세개의 돌기(163a,163b)가 대략 삼각 라인을 이룰 수 있다.
상술한 바와 같이 이러한 하부 절연 부재(160)는 집전판 및 집전 단자와 캡 플레이트의 사이에 위치함으로써, 상기 집전 단자와 단자 플레이트 사이의 상호간 결합시 강한 결합력이 가해진다. 따라서, 강한 기계적 스트레스를 견디고, 전해액에 반응하지 않도록 상대적으로 경도가 높은 PPS 등으로 형성될 수 있다. 그런데, 이러한 재질의 하부 절연 부재(160)는 너무 딱딱함으로써, 이차 전지의 내부 충격시 전극 조립체와 접촉하여 상기 전극 조립체가 변형되거나 손상될 수 있다.
따라서, 이러한 전극 조립체의 변형이나 손상이 방지되도록, 상기 하부 절연 부재(160)의 일측에는 상대적으로 부드럽고 로크웰 경도가 상대적으로 작은 충격 완화 부재(170)가 설치된다. 그러나, 이러한 충격 완화 부재(170) 역시 전해액과 반응하지 않는 재질이어야 한다.
상기 충격 완화 부재(170)는 상기 하부 절연 부재(160)에 구비된 서브 관통홀(162), 서브 하부 안착홈(166), 상부 안착홈(167)에 위치된다. 이러한 충격 완화 부재(170)에 대해 설명한다.
상기 충격 완화 부재(170)는 몸체(171)와, 다수의 돌기(172), 결합 돌기(173) 및 걸림 돌기(174)를 포함한다.
상기 몸체(171)는 상기 하부 절연 부재(160)에 구비된 서브 하부 안착홈(166)에 결합된다. 이러한 몸체(171)는 대략 직육면체 형태로 형성되며, 두께는 상기 서브 하부 안착홈(166)의 깊이보다 약간 크게 되어 있다. 따라서, 상기 몸체(171)는 상기 하부 절연 부재(160)로부터 하부 방향으로 일정 길이 돌출되어 있다. 더불어, 상기 몸체(171)의 하면은 라운드 형태로 가공됨으로써, 전극 조립체에 충격이 가해지지 않도록 되어 있다.
상기 다수의 돌기(172)는 상기 몸체(171)의 상면에 형성되어 있다. 이러한 다수의 돌기(172)는 상기 결합 돌기(173)를 중심으로 양측에 대략 대칭되는 형태로 형성되어 있다. 더욱이, 상기 다수의 돌기(172)중 적어도 하나는 상기 하부 절연 부재(160)에 구비된 서브 하부 안착홈(166)에 밀착될 수 있다. 더욱이, 이러한 다수의 돌기(172)는 높이가 서로 다르게 형성되어 있으며, 또한 서로 연결되어 있다. 일례로, 상기 다수의 돌기(172)가 갖는 높이는 상기 결합 돌기(173)로부터 멀어지는 방향으로 점차 커질 수 있다. 다른례로, 상기 다수의 돌기(172)가 갖는 높이는 상기 결합 돌기(173)에 가까워지는 방향으로 점차 커질 수도 있다.
이에 따라, 전극 조립체가 상기 충격 완화 부재(170)에 접촉되었을 때, 가장 두꺼운 돌기(173)가 서브 하부 안착홈(166)에 첫번째로 밀착되며 충격을 흡수 완화한다. 이어서, 더욱 강한 힘으로 전극 조립체가 상기 충격 완화 부재(170)에 접촉되었 때, 두번째로 두꺼운 돌기(173)가 서브 하부 안착홈(166)에 밀착되며 충격을 흡수 완화한다. 이러한 방식으로 전극 조립체로부터 전달되는 충격을 다수의 돌기(172)가 효율적으로 흡수하여 완화한다. 물론, 기본적으로 충격 완화 부재(170)에 형성된 몸체(171)가 최초로 전극 조립체로부터의 충력을 흡수 완화함은 당연하다.
상기 결합 돌기(173)는 상기 하부 절연 부재(160)에 구비된 서브 관통홀(162)을 관통하여 상부 방향으로 연장되어 있다. 여기서, 상기 서브 관통홀(162) 및 상기 결합 돌기(173)는 종단면의 형태가 대략 직육면체 형태로 되어 있음으로써, 전반적으로 충격 완화 부재(170)가 상기 하부 절연 부재(160)로부터 회전되지 않도록 되어 있다.
상기 걸림 돌기(174)는 상기 결합 돌기(173)의 상단 주변에 형성되어 있다. 실질적으로, 상기 걸림 돌기(174)는 폭이 상기 결합 돌기(173)의 폭보다 크게 형성되어 있다. 더욱이, 상기 걸림 돌기(174)는 폭이 상부로 갈수록 점차 작아지는 형태로 되어 있다. 따라서, 상기 하부 절연 부재(160)의 하부에서 상부 방향으로 상기 충격 완화 부재(170)가 결합되고 나면, 상기 하부 절연 부재(160)로부터 상기 충격 완화 부재(170)가 이탈되지 않게 된다. 더불어, 이러한 걸림 돌기(174)는 상부로 일정 길이 연장되어 있다. 물론, 이러한 걸림 돌기(174)는 상단이 결국 캡 플레이트에 밀착된다. 그러나, 이러한 걸림 돌기(174)는 상기 하부 절연 부재(160)에 형성된 다수의 돌기(163a,163b)보다는 그 높이가 작게 형성되어 있다.
상술한 바와 같이, 상기 충격 완화 부재(170)의 로크웰 경도는 상기 하부 절연 부재(160)의 로크웰 경도보다 상대적으로 작은 값을 갖는다. 예를 들면, 상기 충격 완화 부재(170)는 로크웰 경도가 대략 40 내지 50인 러버, 폴리우레탄 러버 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 일실시예에 의한 이차 전지는 상대적으로 로크웰 경도가 큰 하부 절연 부재(160)에 비하여 상대적으로 로크웰 경도가 작은 충격 완화 부재(170)가 더 설치되어 있음으로써, 상기 충격 완화 부재(170)가 이차 전지의 낙하 충격시 전극 조립체와 하부 절연 부재(160)의 직접적인 접촉을 방지하고, 상기 전극 조립체로부터 전달되는 충격을 흡수하여 완화한다. 따라서, 상기 충격 완화 부재(170)는 전극 조립체의 변형 및 손상을 방지함으로써, 전극 조립체와 캡 플레이트 사이의 전기적 쇼트를 방지할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지중 하부 절연 부재와 충격 완화 부재의 결합 방법을 도시한 사시도이다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 서브 관통홀(162), 서브 하부 안착홈(166) 및 상부 안착홈(167)을 갖는 하부 절연 부재(160)와, 몸체(171), 다수의 돌기(172), 결합 돌기(173) 및 걸림 돌기(174)로 이루어진 충격 완화 부재(170)가 구비된다. 여기서, 상기 충격 완화 부재(170)의 로크웰 경도는 상기 하부 절연 부재(160)의 로크웰 경도보다 작은 값을 갖는다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 충격 완화 부재(170)의 걸림 돌기(174)가 하부 절연 부재(160)의 서브 관통홀(162)을 관통하여 지나가도록 한다. 이때, 충격 완화 부재(170)의 걸림 돌기(174)가 하부 절연 부재(160)의 서브 관통홀(162)을 완전히 관통하여, 상부 안착홈(167)에 안착되도록 한다. 그러면, 상기 하부 절연 부재(160)로부터 상기 충격 완화 부재(170)는 하부 방향으로 이탈되지 않게 된다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 하부 절연 부재(160)를 관통한 충격 완화 부재(170)의 걸림 돌기(174)중 상부 영역이 컷팅되어 제거된다. 이때, 상기 하부 절연 부재(160)로부터 돌출되어 형성된 걸림 돌기(174)의 높이는 상기 하부 절연 부재(160)에 형성된 돌기(163a,163b)의 높이보다 작은 값을 갖도록 설정된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 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: 제1단자 121: 제1집전판
122: 제1집전 단자 123: 제1단자 플레이트
124; 제1체결 단자 130: 제2단자
131: 제2집전판 132: 제2집전 단자
133: 제2단자 플레이트 134; 제2체결 단자
140: 케이스 150: 캡 조립체
151: 캡 플레이트 152: 시일 가스켓
153: 마개 154: 안전벤트
155: 상부 절연 부재
160: 하부 절연 부재 161; 메인 관통홀
162; 서브 관통홀 163a,163b; 돌기
164; 제1메인 하부 안착홈 165; 제2메인 하부 안착홈
166; 서브 하부 안착홈 167; 상부 안착홈
170; 충격 완화 부재 171; 몸체
172; 다수의 돌기 173; 결합 돌기
174; 걸림 돌기
120: 제1단자 121: 제1집전판
122: 제1집전 단자 123: 제1단자 플레이트
124; 제1체결 단자 130: 제2단자
131: 제2집전판 132: 제2집전 단자
133: 제2단자 플레이트 134; 제2체결 단자
140: 케이스 150: 캡 조립체
151: 캡 플레이트 152: 시일 가스켓
153: 마개 154: 안전벤트
155: 상부 절연 부재
160: 하부 절연 부재 161; 메인 관통홀
162; 서브 관통홀 163a,163b; 돌기
164; 제1메인 하부 안착홈 165; 제2메인 하부 안착홈
166; 서브 하부 안착홈 167; 상부 안착홈
170; 충격 완화 부재 171; 몸체
172; 다수의 돌기 173; 결합 돌기
174; 걸림 돌기
Claims (15)
- 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 집전 단자;
상기 전극 조립체, 케이스 및 집전 단자를 밀봉하도록 상기 케이스를 막는 캡 플레이트;
상기 집전 단자와 상기 캡 플레이트의 사이에 개재된 절연 부재; 및
상기 집전 단자에 전기적으로 연결되고, 상기 절연 부재와 상기 캡 플레이트를 관통하는 전극 단자를 포함하고,
상기 절연 부재에는 상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트의 사이에 위치되는 충격 완화 부재가 더 결합되고,
상기 충격 완화 부재는 상기 절연 부재의 하면과 밀착되는 몸체; 및
상기 절연 부재를 관통하여 상부 방향으로 연장된 결합 돌기를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 절연 부재에는 상기 충격 완화 부재가 관통하도록 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제2항에 있어서,
상기 절연 부재는 하면에 상기 관통홀과 연통되고, 상기 충격 완화 부재가 결합되는 하부 안착홈이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 결합 돌기에는 상단에 걸림 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제5항에 있어서,
상기 충격 완화 부재는 상면에 상기 걸림 돌기가 안착되는 상부 안착홈이 더 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제5항에 있어서,
상기 걸림 돌기는 상기 캡 플레이트에 밀착됨을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 충격 완화 부재는 상기 몸체의 표면에 다수의 돌기가 형성되고, 상기 다수의 돌기중 적어도 하나는 상기 절연 부재의 하면에 밀착됨을 특징으로 하는 이차 전지. - 제8항에 있어서,
상기 다수의 돌기는 높이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제8항에 있어서,
상기 다수의 돌기는 서로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 충격 완화 부재는 상기 몸체의 폭이 상기 결합 돌기의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 충격 완화 부재의 로크웰 경도는 상기 절연 부재의 로크웰 경도보다 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 충격 완화 부재는 러버인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 충격 완화 부재는 폴리우레탄 러버인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 충격 완화 부재는 로크웰 경도가 40 내지 50인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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|---|---|---|---|
| KR1020100101455A KR101175014B1 (ko) | 2010-10-18 | 2010-10-18 | 이차 전지 |
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2010
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