KR101182282B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

이차전지는, 충전과 방전을 행하는 전극군과, 전극군이 내장되는 케이스와, 전극군과 전기적으로 연결되어 상기 케이스의 외부로 돌출하는 단자와, 단자와 상기 전극군을 전기적으로 연결하는 리드탭과, 일측 가장자리 부근에 형성된 압입부와 압입부에 대응되도록 위치하여 압입부가 끼움 결합되는 홈부를 포함하며 전극군을 삽입한 상태로 전극군을 상기 하우징으로부터 절연하도록 상기 케이스에 내장되는 절연팩을 포함한다.

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극군과 케이스의 사이를 절연하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 대용량 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 대용량 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수개의 이차 전지를 직렬로 연결하여 고출력의 전지 모듈로 구성된다.
또한, 하나의 대용량 고출력 이차 전지는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지로 이루어지면, 이차 전지는 원통형과 각형, 파우치형 등으로 이루어질 수 있다.
각형 이차 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극군과 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 케이스를 밀폐하며 단자가 삽입되는 단자 홀이 형성된 캡 플레이트, 전극군과 전기적으로 연결되며 단자 홀에 삽입되어 케이스의 외측으로 돌출하는 단자를 포함한다.
전극군과 케이스의 사이는 절연할 필요가 있는데, 전극군과 케이스 사이에 절연 필름을 설치하는 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 설치하는 과정에서 절연 필름이 찢어지는 불량이 발생할 염려가 있다. 절연 필름이 찢어지면 내부 단락을 유발하여 이차 전지가 폭발하는 등의 치명적인 문제를 야기할 수 있다.
또한, 전극군은 케이스 내에 설치되고 단자와 전기적으로 연결되는 바, 외부의 충격이나 진동으로 전극군이 흔들리게 되면, 전극군이 파손되거나 찢어져 내부 단락이 발생될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전극군과 케이스의 사이를 안정적으로 절연하고, 외부 충격이 전달되어도 전극군을 효과적으로 보호하는 이차 전지를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 충전과 방전을 행하는 전극군과, 전극군이 내장되는 케이스와, 전극군과 전기적으로 연결되어 상기 케이스의 외부로 돌출하는 단자와, 단자와 상기 전극군을 전기적으로 연결하는 리드탭과, 일측 가장자리 부근에 형성된 압입부와 압입부에 대응되도록 위치하여 압입부가 끼움 결합되는 홈부를 포함하며 전극군을 삽입한 상태로 전극군을 상기 하우징으로부터 절연하도록 상기 케이스에 내장되는 절연팩을 포함한다.
절연팩은, 전극군이 삽입되는 일 측에 개구부가 형성된 수납부와, 개구부를 덮는 커버부를 포함할 수 있다.
커버부는, 개구부의 일 측 가장자리에서 단자 방향으로 돌출하며 케이스의 길이방향으로 복수개의 압입부가 돌출된 제1 커버와, 제1 커버와 마주하는 위치의 개구부의 가장자리에서 돌출하며 압입부와 마주하는 위치에 형성되어 압입부에 끼움 결합되는 복수개의 홈부가 형성된 제2 커버를 포함할 수 있다.
수납부는 리드탭이 위치한 측면이 개구될 수 있다.
절연팩은 파우치(POUCH) 형상일 수 있다.
커버부는, 개구부의 일 측 가장자리에서 연장되어 개구부의 일부를 덮으며 케이스의 길이 방향으로 복수개의 홈부가 형성된 제1 덮개와, 개구부의 타 측 가장자리에서 연장되어 제1 덮개에 일부분이 중첩되며 홈부와 마주하는 위치에서 복수개로 형성되어 홈부에 끼움 결합되는 압입부가 형성된 제2 덮개를 포함할 수 있다.
절연팩은 리드탭이 인출되는 관통공이 형성될 수 있다.
절연팩은 가소제함량이 10% 이하인 경질염화비닐 소재로 형성될 수 있다.
압입부와 홈부는 절연팩의 재질과 동일한 재질로 일체로 성형될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극군을 절연팩에 수납한 상태에서 케이스에 내장하여, 외부 충격에 대응하여 전극군에 충격 전달을 최소한으로 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 절연팩의 개구부를 버튼 형식의 압입부와 홈부를 이용하여 밀폐하여 이차 전지에 외부 충격이 전달되는 경우에도 절연팩이 터지는 것을 방지하여, 전극군을 케이스에 안정적으로 내장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A 선을 따라 잘라서 본 도면이다.
도 4는 전극군이 내장되지 않은 상태의 절연팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5a는 도 1의 B-B 선을 따라 잘라서 본 압입부와 홈부의 결합 상태를 도시한 단면도이다.
도 5b는 도 5a의 압입부와 홈부의 결합 전 상태를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 C-C 선을 잘라서 본 도면이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
이하 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A 선을 따라 잘라서 본 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 충전과 방전을 행하는 전극군(10)과, 전극군(10)이 내장되는 케이스(20)와, 전극군(10)과 전기적으로 연결되어 케이스(20)의 외부로 돌출하는 단자(30)와, 단자(30)와 전극군(10)을 전기적으로 연결하는 리드탭(40)과, 전극군(10)을 삽입한 상태로 전극군(10)을 케이스(20)로부터 절연하도록 케이스(20)에 내장되는 절연팩(50)을 포함한다. 여기서 케이스(20)의 개구(21)에는 캡 플레이트(23)가 설치되고, 캡 플레이트(23)에는 양극 단자(31) 및 음극 단자(33)로 이루어지는 단자(30)가 설치된다.
그리고 양극(11) 및 음극(12)은 박판의 금속호일로 형성된 집전체에 활물질이 도포된 영역인 코팅부와 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부(11a, 12a)를 포함한다. 양극 무지부(11a)는 양극(11)의 길이 방향을 따라 한 쪽 측단에 형성되고, 음극 무지부(12a)는 음극(12)의 길이방향을 따라 다른 쪽 측단에 형성될 수 있다.
양극(11) 및 음극(12)은 절연체인 세퍼레이터(13)를 중심에 개재하여 적층되며 권취롤 등을 이용해서 권취되어 젤리-롤 형태의 전극군(10)을 이루게 된다. 전극군(10)은 케이스(20)에 내장될 수 있도록 프레스 등으로 가압되어 납작한 형태를 이룰 수 있다.
전극군(10)이 케이스(20)에 삽입된 후에는 단자(30)에 너트(35)가 체결되어 전극군(30)을 위에서 지지한다. 너트(35)와 캡 플레이트(23) 사이에는 절연을 위한 캐스킷(37)이 설치될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전극군(10)의 측단에 형성된 양극 무지부(11a)에는 양극 단자(31)의 리드 탭(40)이 용접으로 부착되고, 음극 무지부(12a)에는 음극 단자(33)의 리드 탭(40)이 용접으로 부착된다.
케이스(20)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작되고, 그 형상은 전극군(10)이 내장되는 공간을 가진 일면에 개구(21)가 형성된 육면체 형태의 각형으로 형성될 수 있다. 본 실시예의 전극군(10)은 케이스(20)에 절연팩(50)에 의해 내장된다.
도 4는 전극군이 내장되지 않은 상태의 절연팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 절연팩(50)은 전극군(10)이 삽입되는 일 측에 개구부(51)가 형성된 수납부(53)와, 개구부(51)를 덮는 커버부(55)를 포함한다. 수납부(53)는 개구부(51)가 단자(30) 방향으로 형성된 각형으로 형성될 수 있다. 개구부(51)는 커버부(55)에 의해 선택적으로 밀봉될 수 있다. 또한, 절연팩(50)에는 리드탭(40)의 인출을 위한 관통공(56)이 형성될 수 있다.
본 실시예에서 절연팩(50)은 가소제함량이 10% 이하인 경질염화비닐 소재로 형성될 수 있다. 이는 절연팩(50)의 가소제함량이 10%를 초과하면 필름 등과 같이 가요성(flexible)의 특성을 더욱 갖게 되어, 전극군(10)을 안정적으로 수납하기 어렵다. 따라서, 본 실시예와 같이 절연팩(50)의 가소제함량을 10% 이하인 경질염화비닐 소재로 형성하면, 전극군(10)을 케이스(20)의 내부에서 안정적으로 수납할 수 있다.
한편, 수납부(53)는 전극군(10)을 수납한 상태에서 커버부(55)에 의해 밀봉된다. 이러한 수납부(53)는 개구부(51)에서 돌출하는 제1 커버(55a)와, 제1 커버(55a)에 마주하게 개구부(51)에서 돌출하여 제1 커버(55a)에 고정되는 제2 커버(55b)를 포함한다.
보다 구체적으로 커버부(55)에 대해 설명하면, 제1 커버(55a)는 수납부(53)의 개구부(51) 일 측 가장자리에서 돌출하며 그 길이 방향으로 복수개의 압입부(57)가 돌출된다. 그리고, 제2 커버(55b)는 개구부(51)의 타 측 가장자리에서 돌출하여 압입부(57)와 마주하는 위치에 다수개의 홈부(59)가 형성된다. 본 실시예에서 압입부(57)와 홈부(59)는 절연팩(50)의 재질과 동일한 재질로 일체로 성형될 수 있다.
도 5a는 도 1의 B-B 선을 따라 잘라서 본 압입부와 홈부의 결합 상태를 도시한 단면도이고, 도 5b는 도 5a의 압입부와 홈부의 결합 전 상태를 도시한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 압입부(57)는 홈부(59)에 끼움 결합될 수 있다. 즉, 압입부(57)는 역사다리꼴 형태로 돌출하고, 홈부(59)는 압입부(57)의 형상에 대응하여 역사다리꼴 형태의 홈으로 형성됨으로써, 압입부(57)와 홈부(59)가 용이하게 끼움 결합될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 절연팩(50)은 전극군(10)을 수납한 상태에서 케이스(20)에 수납되어, 외부 충격에 대응하여 전극군(10)에 충격 전달을 최소한으로 방지한다. 또한, 절연팩(50)의 개구부(51)를 버튼 형식의 압입부(57)와 홈부(59)를 이용한 밀봉이 가능하여, 이차 전지(100)에 외부 충격이 전달되는 경우에도 절연팩(50)이 터지는 것을 방지하여, 전극군(10)을 케이스(20)에 안정적으로 내장할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다. 도 1 내지 도 5와 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지(200)는, 절연팩(150)의 리드탭(40)이 위치한 측면(151)이 개구된다. 이에 따라, 절연팩(150)으로 수납되는 전극군(10)의 수납을 보다 용이하게 하는 것이 가능하다.
보다 구체적으로 제2 실시예를 설명하면, 절연팩(150)은 리드탭(40)이 위치한 양측면(151)이 개구된 형태로, 수납부(153)를 평평하게 펼치는 것이 가능하다. 따라서, 수납부(153)를 평평하게 펼친 상태에서 전극군(10)을 수납부(153)의 내부에 위치시키고, 수납부(153)를 말아서 전극군(10)을 수납하는 것이 가능하다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 8은 도 7의 C-C 선을 잘라서 본 도면이다. 도 1 내지 도 6과 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지(300)의 절연 팩(250)을 구성하는 커버부(255)는, 제1 덮개(255a)와 제2 덮개(255b)를 포함한다.
제1 덮개(255a)는 개구부(251)의 일 측 가장자리에서 연장되어 개구부(251)의 일부를 덮으며, 수납부(253)의 길이 방향으로 복수개의 홈부(59)가 형성된다.
제2 덮개(255b)는 개구부(251)의 타 측 가장자리에서 연장되어 제1 덮개(255a)와 중첩되며 홈부(59)와 마주하는 위치에서 복수개로 형성되어 압입부(57)에 끼움 결합되는 압입부(57)가 형성된다.
즉, 제1 덮개(255a)와 제2 덮개(255b)를 이용하여 수납부(253)를 밀봉한 상태에서, 절연팩(250)의 형상은 6면체의 다각 형상으로 형성된다. 이와 같이, 본 제3 실시예의 절연팩(250)은 단자(30) 방향으로 돌출하는 부분이 없어, 이차 전지(300)의 내부 공간의 활용을 극대화 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다. 도 1 내지 도 8과 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지(400)의 절연팩(350)은 파우치(POUCH) 형상의 라운드 형태로 형성된다. 즉, 본 제4실시예의 수납부(353)는 모서리가 둥근 형태의 파우치 형상으로 형성되어, 전극군(10)과 수납부(353) 사이 공간을 최소화 할 수 있다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10...전극군 11...양극
11a..양극 무지부 12...음극
12a..음극 무지부 13...세퍼레이터
20...케이스 21...개구
23...캡 플레이트 30...단자
31...양극 단자 33...음극 단자
40...리드탭 50...절연팩
51...개구부 53...수납부
55...커버부 55a..제1 커버
55b..제2 커버 56...관통공
57...압입부 59...홈부

Claims (10)

  1. 충전과 방전을 행하는 전극군;
    상기 전극군이 내장되는 케이스;
    상기 전극군과 전기적으로 연결되어 상기 케이스의 외부로 돌출하는 단자;
    상기 단자와 상기 전극군을 전기적으로 연결하는 리드탭; 및
    일측 가장자리 부근에 형성된 압입부와, 상기 압입부에 대응되도록 위치하여 상기 압입부가 끼움 결합되는 홈부를 포함하며, 상기 전극군을 삽입한 상태로 상기 전극군을 상기 케이스로부터 절연하도록 상기 케이스에 내장되는 절연팩;
    을 포함하며
    상기 절연팩은 상기 전극군이 삽입되는 일 측에 개구부가 형성된 수납부와 상기 개구부를 덮는 커버부를 포함하는 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커버부는,
    상기 개구부의 일 측 가장자리에서 상기 단자 방향으로 돌출하며, 상기 케이스의 길이방향으로 복수개의 상기 압입부가 돌출된 제1 커버; 및
    상기 제1 커버와 마주하는 위치의 상기 개구부의 가장자리에서 돌출하며, 상기 압입부와 마주하는 위치에 형성되어 상기 압입부에 끼움 결합되는 복수개의 상기 홈부가 형성된 제2 커버;
    를 포함하는 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수납부는 상기 단자 방향으로 개구된 다각 기둥 형상인 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수납부는 상기 리드탭이 위치한 측면이 개구된 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절연팩은 파우치(POUCH) 형상인 이차 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 커버부는,
    상기 개구부의 일 측 가장자리에서 연장되어 상기 개구부의 일부를 덮으며, 상기 케이스의 길이 방향으로 복수개의 홈부가 형성된 제1 덮개; 및
    상기 개구부의 타 측 가장자리에서 연장되어 상기 제1 덮개에 일부분이 중첩되며, 상기 홈부와 마주하는 위치에서 복수개로 형성되어 상기 홈부에 끼움 결합되는 압입부가 형성된 제2 덮개;
    를 포함하는 이차 전지.
  8. 제1항, 제3항 내지 제7항 중에 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연팩은 상기 리드탭이 인출되는 관통공이 형성되는 이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절연팩은 경질염화비닐 소재로 형성되는 이차 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 압입부와 상기 홈부는 상기 절연팩의 재질과 동일한 재질로 일체로 성형되어 형성되는 이차 전지.
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