KR101211901B1 - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외부 진동 또는 외부 충격이 발생될지라도 너트의 풀림 현상을 최소화하여 전극 단자의 밀폐 성능을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 이차 전지는 전극 조립체에 연결되는 전극 단자와, 전극 단자에 체결되며 그 내주면에 나사산이 형성되는 너트와, 케이스를 밀봉하며 전극 단자가 관통하는 캡 플레이트와, 그리고 전극 단자와 캡 플레이트 사이에 구비되며 상기 너트에 의해 압축되는 실 가스켓을 포함하고, 전극 단자는 캡 플레이트의 저면의 아래에 위치되는 플랜지부와, 캡 플레이트의 관통홀에 삽입되는 삽입부와, 그리고 나사산에 상응하도록 나사홈이 형성되는 체결부를 포함하고, 그리고 너트는 체결부에 회전되어 체결되되, 너트의 이동 방향을 기준으로 볼 때, 나사산의 선단이 나사홈이 후단에 접촉할 때까지 회전되어 체결된다.
Description
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형 및 각형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 전극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출된다.
여기서, 전극 단자와 캡 플레이트 사이에는 소정 틈이 형성됨으로써, 이러한 틈을 통하여 전해액이 침투하는 경우가 있다. 이와 같이, 전극 단자와 캡 플레이트 사이의 틈으로 전해액이 침투하면, 전극 단자와 캡 플레이트 사이에 전기적 쇼트가 발생함으로써, 전지의 열화가 가속되며, 전지 용량이 감소한다. 또한, 이러한 전해액은 캡 플레이트와 전극 단자 사이의 틈을 통하여 외부로 누액됨으로써, 전지의 외부에 설치된 각종 구조물을 부식시키기도 한다. 더불어, 이러한 틈을 통하여 외부의 수분이 케이스의 내측으로 흘러들 수도 있다. 이러한 현상은 반복적으로 진동이 발생되는 장치인 자동차나 전기 드릴 등에 이차 전지가 채용될 경우 더 커질 수 있다.
본 발명의 기술적 과제는, 외부 진동 또는 외부 충격이 발생될지라도 너트의 풀림 현상을 최소화하여 전극 단자의 밀폐 성능을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 케이스 내의 전극 조립체에 연결되는 전극 단자; 상기 전극 단자에 체결되며 그 내주면에 나사산이 형성되는 너트; 상기 케이스를 밀봉하며 상기 전극 단자가 관통하는 캡 플레이트; 및 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트 사이에 구비되며 상기 너트에 의해 압축되는 실 가스켓을 포함하고, 상기 전극 단자는 상기 캡 플레이트의 저면의 아래에 위치되는 플랜지부; 상기 캡 플레이트의 관통홀에 삽입되는 삽입부; 및 상기 캡 플레이트의 평면의 위에 위치되며 상기 나사산에 상응하도록 나사홈이 형성되는 체결부를 포함하고, 그리고 상기 너트는 상기 체결부에 회전되어 체결되되, 상기 너트의 이동 방향을 기준으로 볼 때, 상기 나사산의 선단이 상기 나사홈의 후단에 접촉할 때까지 회전되어 체결된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 상기 캡 플레이트와 상기 너트 사이에 구비되는 상부 절연체; 및 상기 상부 절연체와 상기 너트 사이에 구비되는 와셔를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 너트가 상기 전극 단자에 체결되기 전 상태에서는 상기 와셔의 평면은 상기 나사홈의 후단 보다 높이 위치될 수 있고, 그리고 상기 너트가 상기 전극 단자에 체결된 상태에서는 상기 너트의 저면은 나사홈의 후단과 같은 높이에 위치될 수 있다.
일 예로서, 상기 와셔의 평면과 상기 나사홈의 후단 사이의 높이 차는 상기 실 가스켓의 두께보다 작을 수 있다.
다른 예로서, 상기 와셔의 평면과 상기 나사홈의 후단 사이의 높이 차는 상기 너트가 상기 전극 단자에 체결될 경우 상기 실 가스켓이 그 탄성영역 내에서 압축된 상태로 유지될 수 있는 범위 내로 설정될 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 실 가스켓의 압축되기 전 두께가 0.7 내지 0.8mm일 경우, 상기 와셔의 평면과 상기 나사홈의 후단 사이의 높이 차는 0.1 내지 0.2mm일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 상기 플랜지부와 상기 캡 플레이트에 구비되는 하부 절연체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 실 가스켓의 재질은 PPS, PFA, PP 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 하부 절연체는 상기 실 가스켓과 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
일 예로서, 상기 삽입부의 직경은 상기 체결부의 직경과 동일할 수 있다.
다른 예로서, 상기 삽입부의 직경은 상기 체결부의 직경보다 클 수 있다.
또한, 상기 삽입부의 직경은 상기 체결부의 직경보다 클 경우, 상기 삽입부와 상기 체결부 사이에 형성되는 단차부는 상기 너트의 저면이 접촉되지 않도록 테이퍼진 형상을 할 수 있다.
또한, 상기 전극 단자는 하이브리드 자동차용 이차 전지의 전극 단자 또는 전기 자동차용 이차 전지의 전극 단자일 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 너트의 토크를 유지하기 위해 가스켓의 반발력(탄성력) 및 너트와 전극 단자간의 마찰력을 동시에 제공함에 따라 너트의 풀림 현상을 최소화할 수 있다. 궁극적으로, 외부 진동 또는 외부 충격이 발생될지라도 너트의 풀림 현상을 최소화되어 전극 단자의 밀폐 성능이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 삽입부의 지름이 체결부의 지름보다 더 큼에 따라 너트의 나사산의 선단이 체결부의 나사홈의 후단에 닿음과 함께 너트의 저면이 삽입부에 닿으므로 너트의 회전이 바로 정지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 너트가 체결되기 전 상태를 나타낸 요부 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 너트가 체결된 상태를 나타낸 요부 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 단자를 나타낸 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 너트를 나타낸 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 너트가 체결되기 전 상태를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 너트가 체결된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 너트가 체결되기 전 상태를 나타낸 요부 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 너트가 체결된 상태를 나타낸 요부 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 단자를 나타낸 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 너트를 나타낸 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 너트가 체결되기 전 상태를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 너트가 체결된 상태를 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이고, 그리고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 종단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(100)와, 제1 전극 단자(200)와, 제2 전극 단자(300)와, 케이스(400), 캡 플레이트(510)와, 제1 너트(800)와, 그리고 제2 너트(900)를 포함한다.
상기 전극 조립체(100)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(110), 세퍼레이터(130), 제 2 전극판(120)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판(110)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극판(120)은 음극으로서 작용할 수 있다.
상기 제 1 전극판(110)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 1 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 전극 무지부(111)를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부(111)는 제 1 전극판(110)과 제 1 전극 단자(200) 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 1 전극판(110)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극판(120)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(121)를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부(121)는 제 2 전극판(120)과 제 2 전극 단자(300) 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 2 전극판(120)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제 1 전극판(110) 및 제 2 전극판(120)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.
상기 세퍼레이터(130)는 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(120) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어져 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(130)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(100)의 양측 단부에는 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(120) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제 1 전극 단자(200)와 제 2 전극 단자(300)가 결합된다.
이러한 전극 조립체(100)는 실질적으로 전해액(도시되지 않음)과 함께 상기 케이스(400)에 수납된다. 상기 전해액은 에틸렌 카보네이트(EC; ethylene carbonate), 폴리 카보네이트(PC: polycarbonate), 디에틸 카보네이트(DEC: diethyl carbonate), 에틸 메틸 카보네이트(EMC: ethyl methyl carbonate), 디메틸 카보네이트(DMC: dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매와, 육플루오르화 인산 리틈(LiPF6), 보론 플루오르화 리튬(LiBF4)과 같은 리튬염으로 이루어진다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상이다.
이러한 전해액은 상기 제 1 전극 단자(200)와 캡 조립체(500)의 사이 영역, 또는 제 2 전극 단자(300)와 캡 조립체(500)의 사이 영역에 침투할 경우, 절연 파괴 전압이 낮아져서 제 1 전극 단자(200)와 캡 조립체(500) 또는 제 2 전극 단자(300)와 캡 조립체(500) 사이의 전기적 쇼트를 유발할 수 있다.
상기 케이스(400)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(100), 제 1 전극 단자(200), 제 2 전극 단자(300) 및 전해액(미도시)이 수용될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 1 및 도 2에서 상기 케이스(400)와 캡 조립체(500)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(500)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(400)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(100), 제 1 전극 단자(200) 및 제 2 전극 단자(300)와 전기적으로 절연된다.
상기 캡 조립체(500)는 상기 케이스(400)에 결합된다. 상기 캡 조립체(500)는 먼저 캡 플레이트(510)를 포함한다. 상기 캡 플레이트(510)는 케이스(400)의 개구를 밀봉하며, 케이스(400)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(510)는 전해액 주액구(520)를 막는 플러그(530) 및 상대적으로 두께가 얇은 안전 벤트(540)를 포함한다.
또한, 상기 캡 조립체(500)는 제 1 밀폐부(600) 및 제 2 밀폐부(700)를 포함한다.
상기 제 1 밀폐부(600)는 제 1 전극 단자(200) 중 제 1 삽입부(220)가 관통하는 제 1 실 가스켓(610), 제 1 하부 절연체(620) 및 제 1 상부 절연체(630)를 포함한다. 제1 실 가스켓(610)은 제1 전극 단자(200)와 캡 플레이트(510) 사이에 개재됨에 따라 전해액의 유입이 방지되고 절연 파괴 전압이 상승하여 제1 전극 단자(200)와 캡 플레이트(510) 사이의 전기적 쇼트를 방지할 수 있다.
상기 제1 하부 절연체(620)는 제1 실 가스켓(610)의 외측으로서 캡 플레이트(510)의 하면에 밀착된다. 상기 제1 상부 절연체(630)는 제1 전극 단자(200)의 제1 삽입부(220)에 결합된 동시에, 캡 플레이트(510)의 상면에 밀착된다.
더불어 상기 제 2 밀폐부(700)는 제 2 전극 단자(300) 중 제 2 삽입부(320)가 관통하는 제 2 실 가스켓(710), 제 2 하부 절연체(720) 및 제 2 상부 절연체(730)를 포함한다. 제2 실 가스켓(710)은 제2 전극 단자(300)와 캡 플레이트(510) 사이에 개재됨에 따라 전해액의 유입이 방지되고 절연 파괴 전압이 상승하여 제2 전극 단자(300)와 캡 플레이트(510) 사이의 전기적 쇼트를 방지한다.
상기 제2 하부 절연체(720)는 제2 실 가스켓(710)의 외측으로서 캡 플레이트(510)의 하면에 밀착된다. 상기 제2 상부 절연체(730)는 제2 전극 단자(300)의 제2 삽입부(320)에 결합된 동시에, 캡 플레이트(510)의 상면에 밀착된다.
상기 제1 전극 단자(200)는 알루미늄 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(100)의 일측 단부로 돌출된 제1 전극 무지부(111)와 용접됨으로써, 제1 전극판(110)과 전기적으로 연결된다. 이러한 제1 전극 단자(200)는 제1 플랜지부(210)와, 제1 삽입부(220)와, 그리고 제1 체결부(230)를 포함한다.
상기 제1 플랜지부(210)는 제1 삽입부(230)의 하부에 일체로 형성되고, 그리고 캡 플레이트(510)의 저면의 아래에 위치된다. 제1 플랜지부(210)와 캡 플레이트(510) 사이에는 제1 실 가스켓(610)이 구비된다. 또한 제1 플랜지부(210)와 제1 전극 무지부(111)는 제1 집전 탭(240)을 통해 연결된다.
상기 제1 삽입부(230)는 캡 플레이트(510)의 관통홀에 삽입되고, 그리고 그 외주면에는 나사산이나 나사홈이 형성되지 않는다.
상기 제1 체결부(230)는 제1 삽입부(220)의 상부에 일체로 형성되고, 그리고 캡 플레이트(510)의 평면의 위에 위치되며 제1 너트(800)의 나사산에 상응하도록 나사홈이 형성된다.
상기 제2 전극 단자(300)는 니켈 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(100)의 타측 단부로 돌출된 제2 전극 무지부(121)와 접촉됨으로써, 제2 전극판(120)과 전기적으로 연결된다. 이러한 제2 전극 단자(300)는 제2 플랜지부(310)와, 제2 삽입부(320)와, 그리고 제2 체결부(330)를 포함한다.
상기 제2 플랜지부(310)는 제2 삽입부(320)의 하부에 일체로 형성되고, 그리고 캡 플레이트(510)의 저면의 아래에 위치된다. 제2 플랜지부(310)와 캡 플레이트(510) 사이에는 제2 실 가스켓(710)이 구비된다. 또한 제2 플랜지부(310)와 제2 전극 무지부(121)는 제2 집전 탭(340)을 통해 연결된다.
상기 제2 삽입부(320)는 캡 플레이트(510)의 관통홀에 삽입되고, 그리고 그 외주면에는 나사산이나 나사홈이 형성되지 않는다.
상기 제2 체결부(330)는 제2 삽입부(320)의 상부에 일체로 형성되고, 그리고 캡 플레이트(510)의 평면의 위에 위치되며 제2 너트(900)의 나사산에 상응하도록 나사홈이 형성된다.
상기 제1 너트(800)는 제1 전극 단자(200)의 제1 체결부(230)의 나사홈에 상응하도록 나사산이 형성되고 제1 전극 단자(200)의 제1 체결부(230)에 체결된다.
상기 제2 너트(900)는 제2 전극 단자(300)의 제2 체결부(330)의 나사홈에 상응하도록 나사산이 형성되고 제2 전극 단자(300)의 제2 체결부(330)에 체결된다.
여기서, 제1 전극 단자(800)와, 제2 전극 단자(900)는 동일한 구조를 하고, 그리고 또한 제 1 밀폐부(600) 및 제 2 밀폐부(700) 또한 동일한 구조를 하므로, 이하에서는 제1 전극 단자(800) 및 제 1 밀폐부(600)의 구조를 중심으로 설명한다. 더불어, 이하의 설명에서 제 1 전극 단자(200)는 전극 단자(200), 제 1 플랜지부(210)는 플랜지부(210), 제 1 삽입부(220)는 삽입부(220), 제1 체결부(230)는 체결부(230), 제 1 실 가스켓(610)은 실 가스켓(610), 제 1 하부 절연체(620)는 하부 절연체(620), 제 1 상부 절연체(630)는 상부 절연체(630)로 약칭한다.
이하, 도 3 내지 도 6를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 너트가 체결되기 전 상태를 나타낸 요부 확대 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 너트가 체결된 상태를 나타낸 요부 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 단자를 나타낸 정면도이고, 그리고 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 너트를 나타낸 종단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전극 단자(210)의 삽입부(220)의 직경(D1)은 전극 단자(210)의 체결부(230)의 직경(D2)과 동일하다. 또한, 너트(800)는 실 가스켓(610)을 압축시키기 위해 전극 단자(200)의 체결부(230)에 회전되어 체결된다. 특히, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 너트(800)의 회전 방향(도 6의 화살표 참조, 시계방향)을 기준으로 볼 때, 너트(800)의 나사산(811)의 선단(FE)이 전극 단자(200)의 체결부(230)의 나사홈(231)의 후단(BE)에 완전히 밀착될 때까지 회전되어 체결된다. 이 때, 나사산(811)의 선단(FE)이 나사홈(231)의 후단(BE)에 완전히 밀착되면 그 힘에 의해 나사산(811)의 선단(FE)과 나사홈(231)의 후단(BE)은 자체 탄성영역 내에서 일정 부분 변형이 생긴다. 이러한 변형으로 인해 나사산(811)의 선단(FE)의 주변과 나사홈(231)의 후단(BE)의 주변은 서로 면 접촉된 상태를 유지하게 된다. 결과적으로, 선단(FE)이 후단(BE)에 완전히 닿게 되면, 선단(FE)이 후단(BE)에 닿지 않은 상태에 있을 때 보다 마찰력이 휠씬 크게 된다. 즉, 너트(800)는 쉽게 풀리지 않게 된다.
따라서, 너트(800)에는 실 가스켓(610)의 탄성 반발력 및 상술한 마찰력이 동시에 미치게 되므로 너트(800)의 토크(Torque)를 보다 안정적으로 유지할 수 있다. 즉, 너트(800)가 풀리는 것을 최소화할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지가 자동차(전기 자동차, 하이브리드 자동차, 배터리를 갖는 내연기관 자동차 등) 또는 전기 드릴과 같이 반복적으로 진동이 발생되는 장치에 적용될 경우에도 너트(800)가 풀리는 것이 최소화되므로 전지의 밀폐 성능이 지속적으로 유지될 수 있다.
또한, 상부 절연체(630)와 너트(800) 사이에 구비되는 와셔(900)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 와셔(850)로 평판 와셔가 적용될 경우 너트(800)에 마찰력이 더 부가될 수 있다. 다른 예로서, 와셔(850)로 스프링 와셔가 적용될 경우 너트(800)에 탄성 반발력이 더 부가될 수 있다. 결과적으로, 너트(800)의 토크를 보다 더 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 너트(800)가 전극 단자(200)에 체결되기 전 상태에서는 와셔(850)의 평면은 너트(800)의 나사홈(231)의 후단(BE) 보다 높이 위치될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 와셔(850)의 평면과 너트(800)의 나사홈(231)의 후단(BE) 사이에 높이 차(T1)가 발생되는데, 와셔(850)의 평면이 더 높게 위치될 수 있다. 이 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 너트(800)가 전극 단자(200)의 체결부(230)에 체결된 상태에서는 너트(800)의 저면과 나사홈(231)의 후단(BE)은 같은 높이에 있게 된다. 즉, 너트(800)가 전극 단자(200)의 체결부(230)에 체결되면서 와셔(850)의 평면을 가압하게 되고 그 가압력은 와셔(850)와 캡 플레이트(510)와 그리고 실 가스켓(610)에 순차적으로 전달되어 실 가스켓(610)을 압축(도 3의 T2 및 도 4의 T3참조)한다.
구체적으로, 와셔(850)의 평면과 너트(800)의 나사홈(231)의 후단(BE) 사이의 높이 차(T1)는 실 가스켓(610)의 두께(T2)보다 작을 수 있다. 즉, 너트(800)가 전극 단자(200)의 체결부(230)에 체결되더라도 실 가스켓(610)이 압축 후 두께(도 4의 T3)를 보전하기 위함이다.
특히, 와셔(850)의 평면과 너트(800)의 나사홈(231)의 후단(BE) 사이의 높이 차(T1)는 너트(800)가 전극 단자(200)에 체결될 경우 실 가스켓(610)이 그 탄성영역 내에서 압축된 상태(도 4의 T3 참조)로 유지될 수 있는 범위 내로 설정될 수 있다. 즉, 이러한 높이 차(T1)를 가지게 되면 실 가스켓(610)이 압축되더라도 소정 변형되지 않고 탄성 반발력이 유지될 수 있다.
예를 들면, 실 가스켓(610)의 압축되기 전 두께(T2)가 0.7 내지 0.8mm일 경우, 와셔(850)의 평면과 너트(800)의 나사홈(231)의 후단(BE) 사이의 높이 차(T1)는 0.1 내지 0.2mm일 수 있다. 특히, 상기 높이 차(T1)가 0.1mm 보다 작은 경우에는 탄성 반발력의 제대로 발생되지 않았으며, 상기 높이 차(T1)가 0.2mm 보다 큰 경우에는 실 가스켓(610)의 탄성 영역을 벗어나는 것으로 실험을 통해 알 수 있었다. 여기서, 와셔(850)와, 상부 절연체(630)와, 그리고 캡 플레이트(510)의 두께를 함께 고려하지 않은 이유는 실 가스켓(610)에 비해 그 압축 정도가 매우 미미하기 때문이다. 참고로, 위 예의 실험에서 사용된 와셔(850)의 두께는 대략 0.5mm이었고, 상부 절연체(630)의 두께는 대략 0.2mm이었고, 그리고 캡 플레이트(510)의 두께는 대략 3mmm이었으며, 그리고 실 가스켓(610)의 재질은 폴리퍼플르오로알콕시에틸렌(PFA; Polyperfluoroalkoxyethylene)이었다.
또한, 상술한 실 가스켓(610)의 재질이 폴리페닐렌설파이드(PPS; polyphenylene sulfide), 폴리퍼플르오로알콕시에틸렌(PFA), 폴리프로필렌(PP; polryproylene) 중 어느 하나일 수 있으며, 그리고 이 경우, 상술한 하부 절연체(620)는 실 가스켓(610)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 참고로, 하부 절연체(620)의 일부가 전극 단자(200)의 플랜지부(210)와 캡 플레이트(510) 사이에 위치될 경우, 하부 절연체(620)의 일부와 실 가스켓(610)은 서로 나란히 위치된다. 따라서, 하부 절연체(620)와 실 가스켓(610)이 서로 동일한 재질로 이루어지면 너트(800)가 전극 단자(200)의 체결부(230)에 체결되더라도 실 가스켓(610)이 예상한 만큼 정확히 압축될 수 있다.
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 너트가 체결되기 전 상태를 나타낸 단면도이고, 그리고 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 너트가 체결된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 삽입부(1220)와 체결부(1230)의 직경을 제외하고는 상술한 일 실시예에 따른 이차 전지와 같으므로, 이하 삽입부(1220)와 체결부(1230)의 직경에 대해서만 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 삽입부(1220)의 직경(D10)을 체결부(1230)의 직경(D20)보다 크게 하게 되면, 너트(800)를 기계 힘을 이용하여 매우 무리하게 회전시킬지라도, 도 8에 도시된 바와 같이, 너트(800)는 삽입부(1220)에 걸려서 더 이상 삽입부(1220)로 내려오지 않게 된다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 삽입부(1220)와 체결부(1230) 사이에 형성되는 단차부(TP)는 너트(800)의 저면이 접촉되지 않도록 경사진 형상을 할 수 있다. 즉, 너트(800)의 저면이 단차부(TP)에 접촉되면 각 면에 형성될 수 있는 산포 등에 의해 너트(800)를 완전히 돌리기가 어려울 수 있다. 다시 말해, 너트(800)의 나사산(도 6의 811참조)의 선단(도 6의 FE 참조)을 전극 단자(200)의 나사홈(도 5의 231 참조)의 후단(도 5의 BE 참조)에 접촉시키기가 어려울 수 있다. 하지만, 너트(800)의 저면이 접촉되지 않도록 경사진 형상을 하게 되면 너트(800)를 완전히 돌릴 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 너트(800)의 토크를 유지하기 위해 실 가스켓(610)의 반발력(탄성력) 및 너트(800)와 전극 단자(200)간의 마찰력을 동시에 제공함에 따라 너트(800)의 풀림 현상을 최소화할 수 있다. 궁극적으로, 외부 진동 또는 외부 충격이 발생될지라도 너트(800)의 풀림 현상을 최소화되어 전극 단자(200)의 밀폐 성능이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 삽입부(1220)의 지름(D10)이 체결부(1230)의 지름(D20)보다 더 큼에 따라 너트(800)의 나사산(도 6의 811참조)의 선단(도 6의 FE 참조)이 체결부(230)의 나사홈(도 5의 231 참조)의 후단(도 5의 BE 참조)에 닿음과 함께 너트(800)의 저면이 삽입부(1220)에 닿으므로 너트(800)의 회전이 바로 정지될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 전극 조립체 200: 제1 전극 단자
210: 제1 플랜지부 220: 제1 삽입부
230: 제1 체결부 231: 나사홈
BE: 나사홈의 후단 400: 케이스
510: 캡 플레이트 610: 제1 실 가스켓
800: 제1 너트 811: 나사산
FE: 나사산의 선단
210: 제1 플랜지부 220: 제1 삽입부
230: 제1 체결부 231: 나사홈
BE: 나사홈의 후단 400: 케이스
510: 캡 플레이트 610: 제1 실 가스켓
800: 제1 너트 811: 나사산
FE: 나사산의 선단
Claims (13)
- 케이스 내의 전극 조립체에 연결되는 전극 단자;
상기 전극 단자에 체결되며 그 내주면에 나사산이 형성되는 너트;
상기 케이스를 밀봉하며 상기 전극 단자가 관통하는 캡 플레이트;
상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트 사이에 구비되는 실 가스켓;
상기 캡 플레이트와 상기 너트 사이에 구비되는 상부 절연체; 및
상기 상부 절연체와 상기 너트 사이에 구비되는 와셔를 포함하며,
상기 전극 단자는,
상기 캡 플레이트의 저면의 아래에 위치되는 플랜지부;
상기 플랜지부와 연결되며, 상기 캡 플레이트의 관통홀에 삽입되는 삽입부; 및
상기 삽입부와 연결되며, 상기 나사산에 상응하도록 나사홈이 형성되는 체결부를 포함하고,
상기 너트는 상기 체결부에 회전되어 체결되되, 상기 너트의 이동 방향을 기준으로 볼 때, 상기 나사산의 선단이 상기 삽입부와 상기 체결부의 경계가 되는 상기 나사홈의 후단에 접촉할 때까지 회전되어 체결되며,
상기 너트가 체결되기 전 상태에서는 상기 와셔의 상면이 상기 나사홈의 후단보다 높게 위치되고,
상기 너트가 체결된 상태에서는 상기 너트의 저면이 나사홈의 후단과 같은 높이에 위치되어 상기 너트에 의해 상기 실 가스켓이 압축되는 이차 전지. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 와셔의 상면과 상기 나사홈의 후단 사이의 높이 차는 상기 실 가스켓의 두께보다 작은 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 와셔의 상면과 상기 나사홈의 후단 사이의 높이 차는
상기 너트가 상기 전극 단자에 체결될 경우 상기 실 가스켓이 그 탄성영역 내에서 압축된 상태로 유지될 수 있는 범위 내로 설정되는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 실 가스켓의 압축되기 전 두께가 0.7 내지 0.8mm일 경우,
상기 와셔의 상면과 상기 나사홈의 후단 사이의 높이 차는 0.1 내지 0.2mm인 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 플랜지부와 상기 캡 플레이트에 구비되는 하부 절연체를 더 포함하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 실 가스켓의 재질은 PPS, PFA, PP 중 어느 하나인 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 실 가스켓의 각 재질은 PPS, PFA, PP 중 어느 하나이고, 그리고
상기 하부 절연체는 상기 실 가스켓과 동일한 재질로 이루어지는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 삽입부의 직경은 상기 체결부의 직경과 동일한 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 삽입부의 직경은 상기 체결부의 직경보다 큰 이차 전지. - 제11항에 있어서,
상기 삽입부와 상기 체결부 사이에 형성되는 단차부는 상기 너트의 저면이 접촉되지 않도록 테이퍼진 형상을 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 이차 전지는 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차에 적용되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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