KR101222215B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 보이드 볼륨을 감소시키고, 낙하 충격시 전극 조립체의 파손 현상을 방지하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 단자; 상기 전극 조립체 및 단자를 수용하는 케이스; 및 상기 전극 조립체를 밀봉하도록 상기 케이스를 덮고, 상기 단자는 외부로 돌출되도록 하는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 캡 플레이트에는 이차 전지의 보이드 볼륨을 감소시키고, 이차 전지의 낙하시 전극 조립체의 파손 현상을 억제하기 위해, 상기 전극 조립체를 향하여 굴곡부가 형성된다.

Description

이차 전지{Rechargeable Battery}
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 각형, 원통형 및 파우치형을 들 수 있으며, 양극판 및 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체와 전해액을 함께 수용하는 케이스와, 상기 케이스를 막는 캡 플레이트로 이루어진다. 물론, 상기 전극 조립체에는 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 관통하여 외부로 돌출된다.
본 발명의 일 실시예는 보이드 볼륨(void volume)을 감소시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 낙하(drop) 충격시 전극 조립체의 파손 현상을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 개구(開口)를 막는 캡 플레이트; 및 상기 캡 플레이트의 대향되는 양끝단에서 상기 캡 플레이트를 관통하여 연장된 전극 단자들을 포함하고, 상기 캡 플레이트는 상기 전극 단자들 사이의 일방향으로 연장하는 굴곡부를 포함한다.
상기 굴곡부는 상기 캡 플레이트의 상면으로부터 상기 전극 조립체를 향하여 연장될 수 있다.
상기 캡 플레이트는 평탄부를 갖고, 상기 평탄부의 절반 이상은 상기 굴곡부에 의해 점유될 수 있다.
상기 굴곡부는 바닥부와, 상기 바닥부를 상기 캡 플레이트의 상면에 연결하는 연결부들을 포함할 수 있다.
상기 굴곡부는 상기 바닥부와 상기 연결부들의 사이에 형성된 곡면부들을 더 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체는 상기 캡 플레이트를 향하여 볼록한 외부 영역을 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부의 상기 바닥부는 평평할 수 있다.
상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부의 상기 바닥부는 형태에 있어 상기 전극 조립체의 상기 볼록한 외부 영역에 대응하는 볼록한 형태일 수 있다.
상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부의 상기 바닥부는 안전벤트를 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부와 상기 전극 조립체의 사이에 형성된 충격 완화 부재를 더 포함하고, 상기 충격 완화 부재는 상기 전극 조립체를 향하는 상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부의 표면에 부착될 수 있다.
상기 충격 완화 부재는 탄성 중합체를 포함할 수 있다.
상기 충격 완화 부재는 PFA(Perfluoroalkoxy), PP(Polypropylene) 또는 PE(Polyethylene)를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체는 다수의 전극 조립체들을 포함하고, 상기 각각의 전극 조립체들은 상기 캡 플레이트를 향하는 볼록한 외부 영역을 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부의 상기 바닥부는 평평할 수 있다.
상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부의 상기 바닥부는 다수의 볼록한 영역을 포함하고, 상기 각각의 볼록한 영역은 형태에 있어 상기 전극 조립체들의 볼록한 외부 영역에 대응하며, 상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부의 상기 바닥부는 상기 각각의 볼록한 영역으로부터 하부 방향으로 연장되고, 상기 전극 조립체들의 볼록한 외부 영역의 사이의 갈라진 틈을 향하여 형성된 곡면 돌출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 마주보며 위치된 장변부들, 마주보며 위치된 단변부들, 상변부, 및 상기 상변부를 마주보는 바닥부를 갖고, 상기 장변부는 상기 단변부들 사이에서 제1횡방향인 길이 방향으로 연장하는 케이스; 상기 케이스에 수용된 전극 조립체; 및 상기 케이스의 상변부에 위치되고, 상기 케이스의 상변부에 평평하게 위치된 제1영역 및 상기 제1횡방향에 수직인 동시에 제2방향으로서 상기 제1영역으로부터 상기 전극 조립체를 향하여 이격된 제2영역을 포함하며, 상기 제2영역은 상기 제1횡방향의 길이 방향으로 길게 확장된 캡 플레이트를 포함한다.
상기 전극 조립체의 끝단에 접촉하는 제1집전판; 및 상기 제1집전판에 접촉하도록 상기 캡 플레이트의 제1영역으로부터 하부 방향으로 연장하는 제1집전단자를 포함하는 제1단자를 더 포함하고, 상기 제1집전단자는 상기 전극 조립체의 상부에 위치되고, 상기 제1집전단자가 상기 캡 플레이트의 제1영역으로부터 하부 방향으로 연장하는 거리보다 더 크게 상기 캡 플레이트의 상기 제2영역의 바닥부가 상기 캡 플레이트의 제1영역으로부터 이격될 수 있다.
상기 제1단자로부터 상기 제1횡방향으로 이격된 제2단자를 더 포함하고, 상기 제2영역이 상기 제1단자와 상기 제2단자 사이에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 캡 플레이트에 전극 조립체를 향하는 굴곡부가 형성됨으로써, 이차 전지의 내부 보이드 볼륨(void volume)이 감소된다. 이와 같이 이차 전지의 내부 보이드 볼륨이 감소하게 되면, 이차 전지의 내부에서 이상 현상에 의해 가스가 발생할 경우, 안전 벤트가 신속히 개방되고, 이에 따라 이차 전지의 안전성 및 신뢰성이 향상된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 캡 플레이트에 전극 조립체를 향하는 굴곡부가 형성됨으로써, 이차 전지의 낙하 충격시 전극 조립체의 파손 현상이 방지된다. 즉, 이차 전지의 낙하 충격시 전극 조립체가 단자와 같은 날카로운 영역에 접촉하는 대신, 충격을 흡수하여 감소시키는 비교적 넓은 면적의 굴곡부에 접촉됨으로써, 전극 조립체가 손상되지 않게 되고, 이에 따라 이차 전지의 안전성 및 신뢰성이 향상되고, 수명도 증가한다.
도 1a 및 도 1b 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 1c는 도 1a의 1c-1c선 단면도이다.
도 2는 도 1a의 2-2선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
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.
도면중 층(layer)이나 영역(region)의 크기(dimension)는 발명의 명확한 이해를 위해 과장될 수 있고, 또한 동일한 도면 부호들이 동일한 구성 요소를 지칭하기 위해 이용되었다.
도 1a 및 도 1b 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 1c는 도 1a의 1c-1c선 단면도이다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지(101)는 전극 조립체(110), 제1단자(120), 제2단자(130), 케이스(140) 및 캡 플레이트(150)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)으로 이루어진다. 이러한 전극 조립체(110)는 젤리롤 형태로 권취된 형태를 하거나, 또는 스택된 형태를 한다. 여기서, 상기 제1전극판(111)은 음극으로서 동작할 수 있으며, 상기 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 제1단자(120) 사이의 전류 흐름 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 제2단자(130) 사이의 전류 흐름 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제2전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제1전극판(111) 및 제2전극판(112)은 반대로 극성을 달리하여 배치될 수도 있다.
상기 세퍼레이터(113)는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 사이에 위치되어, 상기 제1전극판(111)과 상기 제2전극판(111,112) 사이의 직접적인 전기적 쇼트를 방지한다. 또한, 상기 세퍼레이터(113)는 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 위치된다.
이러한 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 케이스(140)에 수용된다. 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) 및 제1체결 단자(123)를 포함한다. 더불어, 상기 제1단자(120)는 상기 제1집전 단자(122)와 상기 캡 플레이트(150)의 사이에 설치되어, 상호간 전기적으로 절연되도록 하고, 전해액이 외부로 누액되거나, 습기가 내부로 스며들지 않도록 하는 실 가스켓(seal gasket)(124)을 포함한다. 또한, 상기 제1단자(120)는 상기 제1집전 단자(122)와 상기 캡 플레이트(150)의 사이에 설치되어, 상호간 전기적으로 절연되도록 하는 하부 절연체(125)를 포함한다. 더욱이, 상기 제1단자(120)는 상기 제1체결 단자(123)와 상기 캡 플레이트(150)의 사이에 설치되어, 상호간 전기적으로 절연되도록 하는 상부 절연체(126)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 형성될 수 있다. 상기 단자홀(121d)에는 상기 제1집전 단자(122)의 하부 영역이 끼워져 결합된다. 이러한 제1집전판(121)은 예를 들면 구리 또는 구리 합금으로 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 제1집전판(121)을 한정하는 것은 아니다.
상기 제1집전 단자(122)는 후술되는 캡 플레이트(150)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 또한 상기 캡 플레이트(150)의 하부에서 상기 제1집전판(121)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1집전 단자(122)는 캡 플레이트(150)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(150)의 하부에는 제1집전 단자(122)가 상기 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(122a)가 형성될 수 있다. 상기 제1집전 단자(122)중 플랜지(122a)의 하부에 형성된 영역이 상기 제1집전판(121)의 단자홀(121d)에 끼워지고 리벳팅(riveting) 또는 용접(welding)된다. 또한, 상기 제1집전 단자(122)중 상기 플랜지(122a)의 상부에 형성된 영역은 제1체결 단자(123)에 고정되도록 다수의 나사산이 형성되어 있다. 즉, 상기 제1집전 단자(122)의 상부 영역은 하기할 제1체결 단자(123)에 볼트/넛트 방식으로 결합된다. 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 제1체결 단자(123)는 대략 육각 넛트 형태로 형성되고, 중앙에 상기 제1집전 단자(122)가 관통 결합되도록 다수의 나사산을 갖는 관통홀(123d)이 형성되어 있다. 상기 제1체결 단자(123)는 스텐레스 스틸, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성되며, 여기서 그 재질이 한정되지 않는다.
상기 제2단자(130) 역시 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제2전극판(112)의 제2무지부(112a)에 전기적으로 연결된다. 상기 제2단자(130)는 제2집전판(131), 제2집전 단자(132) 및 제2체결 단자(133)를 포함한다. 여기서, 상기 제2단자(130)의 형태 및 구조는 상기 제1단자(120)의 형태 및 구조와 동일할 수 있다. 따라서, 그 형태 및 구조의 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 제2체결 단자(133)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.
더불어, 상기 제2체결 단자(133)는 상기 캡 플레이트(150)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 따라서 이하에서 설명될 케이스(140) 및 캡 플레이트(150)는 상기 제2단자(130)와 같은 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다.
도면중 미설명 부호 134는 실 가스켓이고, 135는 하부 절연체이며, 136은 상부 절연체이다. 또한 도면중 미설명 부호 131d는 제2집전판(131)에 형성된 관통홀이고, 132a는 제2집전 단자(132)에 형성된 플랜지이며, 133d는 제2체결 단자(133)에 형성된 나사산을 갖는 관통홀이다.
여기서, 상술한 제1단자(120) 및 제2단자(130)는 상술한 구조 이외에도 다양한 변경된 구조가 가능하며, 상술한 구조로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
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 일측이 개방된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 케이스(140)는 서로 마주보는 상대적으로 넓은 장변부(141)와, 서로 마주보며 상기 장변부(141)에 연결된 상대적으로 좁은 단변부(142)와, 상기 장변부(141) 및 단변부(142)에 연결된 바닥부(143)를 포함한다. 여기서, 상기 바닥부(143)의 반대 방향은 개방되어 있다. 즉, 도 1c에서는, 케이스(140)와 캡 플레이트(150)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개방된 영역이 도시되지 않았지만, 캡 플레이트(150)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 다르게 설명하면, 상기 바닥부(143)와 대향되는 상기 개방된 영역은 상변부로 정의할 수 있다. 더불어, 상기 장변부(141)는 상기 단변부(142) 사이에서 제1횡방향인 길이 방향으로 연장되었다고 정의할 수 있다.
한편, 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제1단자(120), 제2단자(130) 및 캡 플레이트(150)와 절연될 수 있다.
상기 캡 플레이트(150)는 상기 케이스(140)에 결합된다. 일례로, 상기 캡 플레이트(150)는 상기 케이스(140)에 용접될 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면, 상기 캡 플레이트(150)는 케이스(140)의 장변부(141)의 상단 및 단변부(142)의 상단에 용접되는 상부 영역으로서 평평한 평탄부(151)와, 상기 평탄부(151)로부터 전극 조립체(110)의 방향으로 일정 깊이 굴곡되어 형성된 굴곡부(152)를 포함한다. 즉, 상기 캡 플레이트(150)는 대체로 직사각 판 형태로서, 대략 중앙이 움푹 파인 형태를 한다.
상기 굴곡부(152)는 상기 평탄부(151)보다 더 낮은 위치에 형성된 바닥부(152a)와, 상기 바닥부(152a)와 상기 평탄부(151)를 연결하는 네개의 연결부(152b)를 포함한다. 여기서, 상기 바닥부(152a)는 캡 플레이트(150)의 바깥 방향을 향하여 대략 볼록한 형태로 형성될 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 바닥부(152a)는 대략 상기 전극 조립체(110)의 외곽 형태(외부로 볼록한 형태)와 대응되는 형태를 한다. 즉, 상기 전극 조립체(110)는 상기 캡 플레이트(150)의 길이 방향을 따라 상부 방향으로 대략 볼록하게 형성되어 있으므로, 상기 바닥부(152a) 역시 상기 캡 플레이트(150)의 길이 방향을 따라 대략 볼록한 형태로 형성될 수 있다.
이러한 굴곡부(152)는 캡 플레이트(150)를 요홈이 형성된 지그(미도시)에 안착시킨 후, 돌기를 갖는 툴(미도시)을 이용하여 강제로 프레싱(pressing)하거나 또는 스탬핑(stamping)함으로써 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명에서 상기 굴곡부(152)의 형성 방법을 한정하는 것은 아니다.
이러한 굴곡부(152)는 상기 평탄부(151)의 높이보다 낮은 동시에, 상기 제1전극 단자(120) 및 제2전극 단자(130)의 하부 영역보다 약간 낮은 높이를 갖는다. 즉, 상기 굴곡부(152)의 바닥부(152a)의 높이는 예를 들면 제1집전단자(122) 및 이에 대응하는 하부 절연체(125), 그리고 제2집전 단자(132) 및 이에 대응하는 하부 절연체(135)의 하면보다 약간 낮다. 따라서, 이차 전지(101,102)의 낙하 충격시 상기 전극 조립체(110)는 상기 제1,2집전 단자(122,132) 및 하부 절연체(125,135)에 접촉되는 대신, 상기 굴곡부(152)의 바닥부(152a)에 먼저 접촉한다. 따라서, 상기 제1,2집전 단자(122,132) 및 하부 절연체(125,135)에 비해 상대적으로 넓은 면적을 갖는 바닥부(152a)가 상기 전극 조립체(110)로부터의 충격을 흡수하여 완화시킨다.
한편, 상기 평탄부(151)에는 전해액 주액구(153)가 형성되고, 상기 주액구(153)에는 마개(154)가 결합될 수 있다. 또한, 상기 굴곡부(152)에는 케이스(140)의 내부 압력 상승시 가스를 배출할 수 있는 상대적으로 얇은 안전 벤트(155)가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 안전 벤트(155)는 상기 굴곡부(152) 대신 도 1b에 도시된 이차 전지(102)에서와 같이, 케이스(140)의 단변부(142)에 형성될 수도 있다. 물론, 상기 안전 벤트(155)는 케이스(140)의 장변부(141) 또는 바닥부(143)에 형성될 수도 있다. 더불어, 상기 주액구(153) 및 마개(154) 역시 캡 플레이트(150) 대신 케이스(140)의 장변부(141), 단변부(142) 또는 바닥부(143)에 형성될 수 있다.
다르게 설명하면 상기 캡 플레이트(150)는 상기 케이스(140)의 상변부에 위치되고, 상기 케이스(140)의 상변부에 평평하게 위치된 제1영역(151) 및 상기 제1횡방향에 수직인 제2방향으로서 상기 제1영역(151)으로부터 상기 전극 조립체(110)를 향하여 일정 거리 이격된 제2영역(152)을 포함하며, 상기 제2영역(152)은 상기 제1횡방향인 길이 방향으로 길게 확장되었다고 정의할 수도 있다.
한편, 상기 캡 플레이트(150)는 케이스(140)와 같은 재질일 수 있다. 즉, 상기 캡 플레이트(150)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 캡 플레이트(150)의 재질로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(101,102)는 캡 플레이트(150)에 전극 조립체(110)를 향하는 방향으로 굴곡부(152)가 형성됨으로써, 케이스(140)의 내부 보이드 볼륨을 감소시킨다. 따라서, 이차 전지(101,102)의 이상 현상으로 가스가 발생할 경우, 안전 벤트(155)가 신속하게 동작하게 되고, 이에 따라 이차 전지(101,102)의 안전성 및 신뢰성이 향상된다.
또한, 상기 굴곡부(152)는 대략 상기 전극 조립체(110)의 외곽 형태와 대응되는 형태로 형성되어 있음으로써, 이차 전지(101,102)의 낙하 충격시 전극 조립체(110)로부터 전해지는 충격을 흡수한다. 즉, 이차 전지(101,102)의 낙하 충격시 전극 조립체(110)가 비교적 날카로운 단자 또는 하부 절연체에 접촉하는 대신, 비교적 넓은 면적을 갖는 굴곡부(152)에 접촉함으로써, 전극 조립체(110)의 파손 현상이 방지된다.
한편, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 다음과 같이 정의될 수도 있다. 즉, 케이스(140)는 마주보며 위치된 장변부들(141), 마주보며 위치된 단변부들(142), 상변부, 및 상기 상변부를 마주보는 바닥부(143)를 갖고, 상기 장변부(141)는 상기 단변부들(142) 사이에서 제1횡방향인 길이 방향으로 연장된다. 또한, 상기 전극 조립체(110)는 상기 케이스(140)에 수용된다. 또한, 상기 캡 플레이트(150)는 상기 케이스(140)의 상변부에 위치되고, 상기 케이스(140)의 상변부에 평평하게 위치된 제1영역(151) 및 상기 제1횡방향에 수직인 제2방향으로서 상기 제1영역(151)으로부터 상기 전극 조립체(110)를 향하여 일정 거리 이격된 제2영역(152)을 포함하며, 상기 제2영역(152)은 상기 제1횡방향인 길이 방향으로 길게 확장된다. 이러한 정의는 본 발명에 따른 이차 전지(100)를 다른 관점에서 이해하기 위한 것이며, 이밖에도 다른 방식으로 본 발명에 따른 이차 전지(100)가 정의될 수도 있을 것이다.
도 2는 도 1a의 2-2선 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지(101)의 캡 플레이트(150)는 평탄부(151) 및 굴곡부(152)를 포함한다. 여기서, 상기 굴곡부(152)의 높이는 상기 평탄부(151)의 높이보다 낮으며, 바깥 방향을 향하여 대략 볼록한 형태로 형성된 바닥부(152a)와, 상기 바닥부(152a)와 상기 평탄부(151)를 연결하는 연결부(152b)를 포함한다. 여기서, 상기 바닥부(152a)의 가장 높은 영역도 상기 평탄부(151)의 높이보다는 낮다.
또한, 상기 바닥부(152a)는 전극 조립체(110)의 상부 영역과 대략 대응되는 형태로 형성되고, 상기 연결부(152b)는 케이스(140)의 장변부(141)와 대략 평행하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(110)의 상부 영역은 상부 방향을 향하여 대략 볼록한 형태로 형성되고, 상기 전극 조립체(110)로부터 이격된 상기 바닥부(152a) 역시 상부 방향을 향하여 대략 볼록한 형태로 형성되어 있다. 더불어, 상기 바닥부(152a)와 상기 연결부(152b)의 경계 영역에는 라운드부곡면부(152c)가 형성되어 있다. 따라서, 이차 전지(101)의 낙하 충격시 상기 전극 조립체(110)가 상기 라운드부곡면부(152c)에 직접 접촉한다고 해도, 상기 전극 조립체(110)는 파손되지 않는다.
더불어, 상기 바닥부(152a)와 상기 전극 조립체(110)는 일정 거리 이격되어 있다. 즉, 평상시 상기 바닥부(152a)와 상기 전극 조립체(110)는 상호간 접촉되지 않고 일정 거리 이격되어 있다. 따라서, 이상 발생시 안전 벤트로 흘러가는 가스의 통로가 확보된다. 여기서, 정상 동작시 상기 바닥부(152a)와 상기 전극 조립체(110)가 접촉된 상태를 유지한다면, 안전 벤트로의 가스 배출 통로가 확보되지 않을 뿐만 아니라, 미세 진동에 의해 상기 바닥부(152a)와 상기 전극 조립체(110)가 지속적으로 마찰되고, 이에 따라 전극 조립체(110)가 손상될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(101)는 캡 플레이트(150)에 형성된 굴곡부(152)가 전극 조립체(110)로부터 이격되어 형성됨으로써, 안전 벤트로의 가스 배출 통로가 확보될 뿐만 아니라, 케이스(140)의 내부 보이드 볼륨이 감소된다. 또한, 이차 전지(101)의 낙하 충격시 전극 조립체(110)의 파손 현상이 방지된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(300) 역시 캡 플레이트(350)가 평탄부(351) 및 굴곡부(352)를 포함한다. 여기서, 상기 굴곡부(352)는 대략 평평하게 형성된 바닥부(352a)와, 상기 바닥부(352a)와 평탄부(351)를 연결하는 연결부(352b)와, 상기 바닥부(352a)와 연결부(352b)의 사이에 형성된 라운드부곡면부(352c)를 포함한다.
여기서, 상기 바닥부(352a)는 상기 전극 조립체(310)의 상부 영역의 형태에 관계없이 대략 평평하게 형성되어 있다. 즉, 상기 바닥부(352a)는 상기 케이스(140)의 바닥부(143)와 대략 평행하게 형성되어 있다.
이러한 평평한 바닥부(352a)를 갖는 굴곡부(352)는 대략 1회의 프레싱 또는 스탬핑 공정에 의해 형성될 수 있어, 앞선 실시예에 비해 캡 플레이트(350)의 제조 공정이 단순하다.
이와 같이 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(300) 역시 캡 플레이트(350)에 형성된 굴곡부(352)가 케이스(340)의 내부 보이드 볼륨을 감소시킬 뿐만 아니라, 평평한 바닥부(352a)가 이차 전지의 낙하 충격시 전극 조립체(310)의 파손 현상을 방지한다. 더불어, 굴곡부(352)의 제조 공정이 단순해진다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(400)는 두개의 전극 조립체(110A,110B)를 포함한다. 물론, 본 발명에서 상기 전극 조립체(110A,110B)는 두개 이상 구비될 수도 있다.
더불어, 캡 플레이트(450)는 평탄부(451) 및 굴곡부(452)를 포함한다. 여기서, 상기 굴곡부(452)는 대략 바깥 방향을 향하여 한쌍의 볼록한 형상으로 형성된 바닥부(452a)와, 상기 바닥부(452a)와 평탄부(451)를 연결하는 연결부(452b)를 포함한다. 즉, 상기 바닥부(452a)는 한쌍의 전극 조립체(110A,110B)의 상부 영역과 대략 대응되는 형태로 형성되고, 상기 연결부(452b)는 케이스(140)의 장변부(141)와 대략 평행하게 형성되어 있다. 다르게 설명하면, 상기 한쌍의 전극 조립체(110A,110B)의 상부 영역은 상부 방향을 향하여 대략 한쌍의 볼록한 형태로 형성되고, 상기 한쌍의 전극 조립체(110A,110B)로부터 이격된 상기 바닥부(452a) 역시 상부 방향을 향하여 대략 한쌍의 볼록한 형태로 형성되어 있다. 더불어, 상기 바닥부(452a)와 상기 연결부(452b)의 경계 영역에는 라운드부곡면부(452c)가 형성되어 있을 뿐만 아니라, 상기 바닥부(452a)의 중앙 하단에도 라운드부곡면부(452d)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 바닥부(452a)의 곡면부(452d)는 상기 전극 조립체(110A,110B)의 볼록한 외부 영역의 사이에 갈라진 틈을 향하여 형성된 곡면 돌출부로 정의할 수도 있다.
따라서, 이차 전지(400)의 낙하 충격시 전극 조립체(110A,110B)가 상기 라운드부곡면부(452c,452d)에 직접 접촉한다고 해도, 상기 전극 조립체(110A,110B)는 손상되지 않는다.
이와 같이 하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(400)는 캡 플레이트(450)에 형성된 굴곡부(452)가 케이스(440)의 내부 보이드 볼륨을 감소시킬 뿐만 아니라, 이차 전지(400)의 낙하 충격시 전극 조립체(110A,110B)의 파손 현상을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(500) 역시 캡 플레이트(550)에 평탄부(551) 및 굴곡부(552)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 굴곡부(552)는 대략 평평하게 형성된 바닥부(552a)와, 상기 바닥부(552a)와 평탄부(551)를 연결하는 연결부(552b)를 포함한다. 상기 바닥부(552a)는 한쌍의 전극 조립체(110A,110B)의 상부 영역의 형태에 관계없이 대략 평평하게 형성되어 있다. 즉, 상기 바닥부(552a)는 상기 케이스(140)의 바닥부(143)와 대략 평행하게 형성되어 있다. 더불어, 상기 바닥부(552a)와 상기 연결부(552b)의 경계 영역에는 라운드부곡면부(552c)가 형성되어 있다. 따라서, 이차 전지(500)의 낙하 충격시 전극 조립체(110A,110B)가 상기 라운드부곡면부(552c)에 접촉한다고 해도, 상기 전극 조립체(110A,110B)는 손상되지 않는다.
이와 같이 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(500) 역시 캡 플레이트(550)에 형성된 굴곡부(552)가 케이스(540)의 내부 보이드 볼륨을 감소시킬 뿐만 아니라, 평평한 바닥부(552a)가 이차 전지(500)의 낙하 충격시 전극 조립체(110A,110B)의 파손 현상을 방지한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(600)는 캡 플레이트(150)에 형성된 굴곡부(152)와 전극 조립체(110)의 사이에 충격 완화 부재(610)가 더 설치될 수 있다. 즉, 상기 굴곡부(152)를 이루는 바닥부(152a)의 하면에 일정 두께의 충격 완화 부재(610)가 코팅 또는 접촉될 수 있다. 물론, 상기 바닥부(152a)에 안전 벤트(155)가 형성되어 있을 경우, 상기 충격 완화 부재(610)에도 상기 안전 벤트(155)와 대응되는 영역에 일정 직경의 홀(610a)이 형성될 수 있다. 더불어, 상기 충격 완화 부재(610)와 상기 전극 조립체(110)는 서로 이격되어 있음으로써, 디개싱(degassing) 통로가 확보될 뿐만 아니라 상호간 지속적인 마찰을 방지한다.
상기 충격 완화 부재(610)는 고무와 같은 성질을 가지며, 전해액에 반응하지 않는 일래스토머(elastomer) 또는 탄성 중합체일 수 있다. 예를 들어, 상기 충격 완화 부재(610)는 전해액에 반응하지 않는 PFA(Perfluoroalkoxy), PP(Polypropylene) 또는 PE(Polyethylene)를 포함하는 수지일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
이와 같이 하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(600)는 굴곡부(152)에 의해 케이스(140)의 내부 보이드 볼륨이 감소되고, 또한 충격 완화 부재(610)에 의해 이차 전지(600)의 낙하 충격시 전극 조립체(110)의 손상 현상이 감소한다. 즉, 상기 이차 전지(600)의 낙하 충격시, 상기 전극 조립체(110)가 금속 재질의 굴곡부(152)에 직접 접촉하는 대신 부드러운 재질의 상기 충격 완화 부재(610)에 접촉하기 때문이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(600) 는 캡 플레이트(150)의 굴곡부(152)를 이루는 바닥부(152a)의 하면에 일정 두께의 충격 완화 부재(610)가 형성되어 있다. 물론, 상기 충격 완화 부재(610)는 전극 조립체(110)로부터 일정 간격 이격되어 있다. 더불어, 상기 충격 완화 부재(610)는 상부 방향으로 볼록한 형태의 바닥부(152a) 및 양측의 라운드부곡면부(152c)에까지 형성될 수 있다. 한편, 이러한 충격 완화 부재(610)의 재질은 상술한 바와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
이와 같이 하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(600)는 굴곡부(152)에 의해 케이스(140)의 내부 보이드 볼륨이 감소되고, 또한 굴곡부(152)를 이루는 바닥부(152a) 및 라운드부곡면부(152c)의 하면에 충격 완화 부재(610)가 형성되어 있음으로써, 이차 전지(600)의 낙하 충격시 전극 조립체(110)의 손상 현상이 감소된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(800)는 굴곡부(352)의 바닥부(352a)가 대략 평평하게 형성되어 있으며, 이러한 바닥부(352a)의 하면에 일정 두께의 충격 완화 부재(810)가 형성되어 있다. 더불어, 상기 충격 완화 부재(610)는 바닥부(352a)의 양단에 형성된 라운드부곡면부(352c)에까지 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(900)는 굴곡부(452)를 이루며, 대략 상부 방향을 향하여 볼록하게 형성된 한쌍의 바닥부(452a), 중앙 및 양단에 형성된 라운드부곡면부(452b,452c)에까지 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(1000)는 굴곡부(552)를 이루며 한쌍의 전극 조립체(110A,110B)의 상부에 형성된 대략 평평한 바닥부(552a)의 하면에 충격 완화 부재(1010)가 형성되어 있다. 물론, 이러한 충격 완화 부재(1010)는 바닥부(552a)의 양단에 형성된 라운드부곡면부(552c)까지 덮는다.
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: 제1체결 단자
130: 제2단자 131: 제2집전판
132: 제2집전 단자 133: 제2체결 단자
140: 케이스 150: 캡 플레이트
151; 평탄부 152; 굴곡부
152a; 바닥부 152b; 연결부
610; 충격 완화 부재

Claims (18)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 케이스의 개구(開口)를 막는 캡 플레이트; 및
    상기 캡 플레이트의 대향되는 양끝단에서 상기 캡 플레이트를 관통하여 연장된 전극 단자들을 포함하고,
    상기 캡 플레이트는 상기 전극 단자들 사이의 일방향으로 연장하는 굴곡부를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 굴곡부는 상기 캡 플레이트의 상면으로부터 상기 전극 조립체를 향하여 연장됨을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 평탄부를 갖고,
    상기 평탄부의 절반 이상은 상기 굴곡부에 의해 점유됨을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 굴곡부는 바닥부와,
    상기 바닥부를 상기 캡 플레이트의 상면에 연결하는 연결부들을 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 굴곡부는 상기 바닥부와 상기 연결부들의 사이에 형성된 곡면부들을 더 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 캡 플레이트를 향하여 볼록한 외부 영역을 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부의 상기 바닥부는 평평한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부의 상기 바닥부는 형태에 있어 상기 전극 조립체의 상기 볼록한 외부 영역에 대응하는 볼록한 형태인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부의 상기 바닥부는 안전벤트를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부와 상기 전극 조립체의 사이에 형성된 충격 완화 부재를 더 포함하고,
    상기 충격 완화 부재는 상기 전극 조립체를 향하는 상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부의 표면에 부착된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 충격 완화 부재는 탄성 중합체를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 충격 완화 부재는 PFA(Perfluoroalkoxy), PP(Polypropylene) 또는 PE(Polyethylene)를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 다수의 전극 조립체들을 포함하고,
    상기 각각의 전극 조립체들은 상기 캡 플레이트를 향하는 볼록한 외부 영역을 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부의 상기 바닥부는 평평한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부의 상기 바닥부는 다수의 볼록한 영역을 포함하고,
    상기 각각의 볼록한 영역은 형태에 있어 상기 전극 조립체들의 볼록한 외부 영역에 대응하며,
    상기 캡 플레이트의 상기 굴곡부의 상기 바닥부는 상기 각각의 볼록한 영역으로부터 하부 방향으로 연장되고, 상기 전극 조립체들의 볼록한 외부 영역의 사이의 갈라진 틈을 향하여 형성된 곡면 돌출부를 더 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 마주보며 위치된 장변부들, 마주보며 위치된 단변부들, 상변부, 및 상기 상변부를 마주보는 바닥부를 갖고, 상기 장변부는 상기 단변부들 사이에서 제1횡방향인 길이 방향으로 연장하는 케이스;
    상기 케이스에 수용된 전극 조립체; 및
    상기 케이스의 상변부에 위치되고, 상기 케이스의 상변부에 평평하게 위치된 제1영역 및 상기 제1횡방향에 수직인 동시에 제2방향으로서 상기 제1영역으로부터 상기 전극 조립체를 향하여 이격된 제2영역을 포함하며, 상기 제2영역은 상기 제1횡방향의 길이 방향으로 길게 확장된 캡 플레이트를 포함하여 이루어진 것을 특징을 하는 이차 전지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 끝단에 접촉하는 제1집전판; 및
    상기 제1집전판에 접촉하도록 상기 캡 플레이트의 제1영역으로부터 하부 방향으로 연장하는 제1집전단자를 포함하는 제1단자를 더 포함하고,
    상기 제1집전단자는 상기 전극 조립체의 상부에 위치되고,
    상기 제1집전단자가 상기 캡 플레이트의 제1영역으로부터 하부 방향으로 연장하는 거리보다 더 크게 상기 캡 플레이트의 상기 제2영역의 바닥부가 상기 캡 플레이트의 제1영역으로부터 이격된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1단자로부터 상기 제1횡방향으로 이격된 제2단자를 더 포함하고,
    상기 제2영역이 상기 제1단자와 상기 제2단자 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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