KR101222247B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 이차전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 이차전지 내부의 불필요공간(dead-space)이 제거되도록 집전체의 구조를 변경하여 배터리 크기 및 중량을 감소시킬 수 있는 이차전지를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 무지부가 각각 형성된 제1전극판과 제2전극판, 상기 제1전극판과 제2전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 권취하여 형성되는 전극 조립체, 상기 무지부와 접촉하여 전기적으로 연결되는 집전판, 상기 전극 조립체 및 상기 집전판을 내부에 수용하며, 상단 개구부를 갖는 케이스 및 상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하며, 상기 무지부는 절곡되고, 상기 집전판은 무지부가 수용되도록 수용공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지를 개시한다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명의 일실시예는 이차 전지에 관한 것이다.
이차전지(Rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴가가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차등의 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.
본 발명의 일실시예는 이차전지 내부의 불필요공간(dead-space)이 제거되도록 집전체의 구조를 변경하여 배터리 크기 및 중량을 감소시킬 수 있는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의한 이차전지는 무지부가 각각 형성된 제1전극판과 제2전극판, 상기 제1전극판과 제2전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 권취하여 형성되는 전극 조립체, 상기 무지부와 접촉하여 전기적으로 연결되는 집전판, 상기 전극 조립체 및 상기 집전판을 내부에 수용하며, 상단 개구부를 갖는 케이스 및 상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하며, 상기 무지부는 절곡되고, 상기 집전판은 무지부가 수용되도록 수용공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 무지부는 복수개의 무지부들이 서로 포개어진 상태에서 용접된 것으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 집전판은 무지부의 돌출방향에서 수직으로 삽입되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 집전판은 무지부의 돌출방향에서 수직으로 연장되는 베이스, 상기 베이스부 측단에서 수직하게 절곡 연장된 제1연장부 및 상기 제1연장부에 연결되고, 제1연장부와 수직하게 절곡 연장된 제2연장부를 포함하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 집전판은 삽입된 무지부와 대향되는 위치에 복수개의 관통구가 형성될 수 있다.
상기 집전판은 홀이 형성되고, 상기 홀에 전극단자가 삽입되어 집전판과 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 전극조립체는 권취면이 인접되도록 2개의 전극조립체가 형성될 수 있다.
상기 전극조립체는 무지부가 전극조립체의 돌출방향에서 수직하게 절곡되고, 각각의 전극조립체의 무지부는 서로 반대방향으로 절곡되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 집전판은 서로 반대방향으로 절곡된 무지부가 수용되도록 수용공간이 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 이차전지는 집전체의 구조가 변경되어 내부의 불필요공간(dead-space)이 제거될 수 있다. 상기 불필요공간(dead-space)이 제거되어 이차전지 전체의 크기 및 중량이 감소될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는 전극조립체의 무지부를 절곡하고, 절곡된 무지부는 슬라이드 홈에 삽입되어 집전체와 연결된다. 상기 무지부와 집전체의 결합구조는 이차전지 내부에 불필요공간(dead-space)을 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 도1의 케이스가 제거된 사시도이다.
도 3은 도 1의 단면도이다.
도 4는 도 1의 전극조립체와 집전체의 분해 사시도이다.
도 5는 도2의 하부 일측을 확대한 배면도이다.
도 6은 도 4의 집전체를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 4의 집전체를 나타낸 배면도이다.
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 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다. 도 2는 도1의 케이스가 제거된 사시도이다. 도 3은 도 1의 단면도이다. 도 4는 도 1의 전극조립체와 집전체의 분해 사시도이다. 도 5는 도2의 하부 일측을 확대한 배면도이다. 도 6은 도 4의 집전체를 나타낸 사시도이다. 도 7은 도 4의 집전체를 나타낸 배면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 도 1 내지 도 5를 참조하면, 제1 전극 조립체(110), 집전판(120), 케이스(140), 캡 조립체(150)를 포함하여 형성된다. 상기 이차 전지(100)는 제2 전극 조립체(210)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 이하 본 발명의 일 실시예에서는 전극조립체가 2개가 수용되는 이차전지(100)에 대하여 설명한다. 그러나, 전극조립체가 2개인 이차전지로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 제1 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113) 및 제2전극판(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성된다. 상기 제1전극판(111)은 음극으로 동작될 수 있으며, 제2전극판(112)은 양극으로 동작될 수 있다. 물론, 그 반대로 가능하다. 상기 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 각각에 전기적으로 연결되는 제1단자(152) 및 제2단자(153)가 결합된다.
상기 제1 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 케이스에 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 형성될 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
상기 제1전극판(111)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1전극 활물질을 도포함으로써 형성된다. 상기 제1전극 집전체는 제1활물질이 도포되지 않은 제1전극 무지부(114)가 포함된다. 상기 제1전극 무지부(114)는 제1전극판(111)과 제1전극판 외부와 전류가 흐르는 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 형성된다. 상기 제2전극 집전체는 제2활물질이 도포되지 않은 제2전극 무지부(115)가 포함된다. 상기 제2전극 무지부(115)는 제2전극판(112)과 제2전극판 외부와 전류가 흐르는 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 위치된다. 상기 세퍼레이터(113)는 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 한다. 상기 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 플로필렌의 복합 필름으로 형성될 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극조립체(110)는 권취시 전극조립체(110)의 상단부 및 하단부 밖으로 제1전극 무지부(114)와 제2전극 무지부(115)가 돌출되도록 제1전극판(111), 세퍼레이터(113) 및 제2전극판(112)을 배치하여 권취함으로써 형성된다. 또한, 전극조립체(110)는 상기와 같이 제1전극판(111), 세퍼레이터(113) 및 제2전극판(112)이 와류상으로 권취되어 이루어지는 것도 가능하다.
이와 같은 전극조립체(110)는 양단부에 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제1집전판(120)과 제2집전판(130)이 결합된다.
상기 제2 전극 조립체(210)는 제1 전극 조립체(110)와 동일한 구성으로 형성된다. 따라서, 그 구성에 대한 설명은 생략한다. 다만, 제2 전극 조립체(210)에 형성된 제1전극 무지부(214) 및 제2전극 무지부(215)는 도면 부호만 달리 표기한다.
상기 제1집전판(120)은 단자 접합부(121)와 베이스(122)를 포함한다.
상기 제1집전판(120)은 금속 또는 그 등가물로 형성된다. 상기 제1집전판(120)은 예를 들면 구리 또는 구리 합금으로 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 제1집전판(120)이 한정되는 것은 아니다. 상기 제1집전판(120)은 대략 ‘Γ’ 형태로 형성되고, 단자 접합부(121), 절곡부(미도시) 및 베이스(122)를 포함한다.
상기 단자 접합부(121)는 단자홀(123)을 포함한다.
상기 단자 접합부(121)는 단자홀(123)에 제1전극단자(152)가 끼워져 결합된다. 상기 단자 접합부(121)는 후술되는 캡 플레이트(151) 하단에 형성된 절연체(154)에 고정된다. 상기 단자 접합부(121)는 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 상기 단자 접합부(121)는 베이스(122)와 수직으로 절곡되어 형성된다.
상기 베이스(122)는 슬라이드부(125) 및 복수개의 관통구(128)를 포함한다. 상기 베이스(122)는 판상의 중심에 골(127)이 형성된다.
상기 베이스(122)는 중심이 판상으로 형성되고, 양측 단에는 슬라이드부(125)가 포함된다. 상기 슬라이드부(125)는 제1연장부(125a) 및 제2연장부(125b)를 포함한다. 상기 제1연장부(125a)는 판상과 수직하게 형성된다. 상기 제2연장부(125b)는 제1연장부(125a)와 수직하게 형성된다. 상기 슬라이드부(125)는 중심에 홀(129)이 형성된다. 상기 홀(129)에는 전극 조립체의 무지부(117)가 삽입된다.
이때, 상기 무지부(116, 117)는 복수개의 제1전극 무지부들(114)을 저항 용접하고, 저항 용접된 부분을 절곡(117)한다. 상기 절곡된 무지부(117)가 홀(129)에 삽입되어 제2연장부(125b)와 저항용접 된다. 상기 슬라이드부(125)는 절곡된 무지부(117)와 제2연 장부(125b)를 연결하여 셀 내부에 형성되는 불필요공간(dead-space)이 제거된다. 따라서 이차전지 전체의 크기 및 중량이 감소될 수 있다.
상기 관통구(128)는 판상의 베이스(122)에 복수개로 형성될 수 있다. 상기 관통구(128)는 슬라이드부(125)에 삽입된 무지부(117)와 대응되는 위치에 형성된다. 상기 관통구(128)는 무지부(117)와 제2연장부(125b)를 용이하게 용접할 수 있도록 한다.
또한, 제2집전판(130)은 제1 집전판(120)와 동일한 구성으로 형성된다. 따라서, 그 구성은 동일부호로 표시하고, 이에 대한 설명은 생략한다.
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)가 제외된 상태로 도시되었지만, 이차전지는 케이스의 개구부에 캡 조립체(150)가 결합되어 밀봉되어 형성된다. 한편, 케이스의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제1단자(152), 제2단자(153) 및 캡 조립체(150)와 절연될 수 있다.
상기 캡 조립체(150)는 캡 플레이트(151), 가스켓(154), 볼트(155), 마개(156), 안전벤트(157), 절연 부재(미도시)를 포함한다.
또한, 상기 캡 조립체(150)는 케이스(140)를 밀봉하는 캡 플레이트(151)를 포함한다. 상기 캡 플레이트(151)는 플레이트 일부분에 제1집전판(120)과 연결되는 제1전극단자(152)가 삽입되도록 홀이 형성된다. 또한, 상기 캡 플레이트(151)에는 제2집전판(130)과 연결되는 제2전극단자(153)가 삽입되는 홀이 형성된다. 상기 제1 전극단자(152) 및 제2전극단자(153)는 각각 캡 플레이트(151)를 절연시키는 가스켓(154)이 형성된다. 또한 상기 제1 전극단자(152) 및 제2전극단자(153)는 각각에 형성된 나사산을 따라 체결되어 캡 플레이트(151)에 고정시키는 볼트(155)를 포함할 수 있다. 또한, 캡 조립체(150)는 캡 플레이트(151)에 형성되는 전해액 주입구(미도시)를 통해 전해액을 주입 후 전해액 주입구를 밀봉하는 마개(156)가 형성된다. 또한, 상기 캡 플레이트(151)는 얇은 두께로 형성되어 설정된 압력에 의해 파손되어 가스를 방출시키는 안전 벤트(157)를 포함할 수 있다.
상기 절연 부재는 제1집전판(120) 및 제2집전판(130)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 상호간 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 즉, 상기 절연 부재는 제1집전판(120)과 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트, 그리고 상기 제2집전판(130)과 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트를 방지한다. 일례로, 상기 절연 부재는 PPS(Polyphenylene Sulfide)일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
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: 제1베어셀 111: 제1전극판
112: 제2전극판 113: 세퍼레이터
120: 제1집전판 121: 단자 접합부
122: 베이스부 123: 단자홀
125: 슬라이드부 128: 관통구
130: 제2집전판 140: 케이스
151: 캡 플레이트 152: 제1단자
153: 제2단자 154: 가스켓
155: 볼트 156: 마개
157: 안전벤트

Claims (14)

  1. 무지부가 각각 형성된 제1전극판과 제2전극판, 상기 제1전극판과 제2전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 권취하여 형성되는 전극 조립체;
    상기 무지부와 접촉하여 전기적으로 연결되는 집전판;
    상기 전극 조립체 및 상기 집전판을 내부에 수용하며, 상단 개구부를 갖는 케이스; 및
    상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하며,
    상기 무지부는 절곡되고,
    상기 집전판은 무지부가 수용되도록 수용공간이 형성되고,
    상기 집전판은 무지부의 돌출방향에서 수직으로 연장되는 베이스;
    상기 베이스 측단에서 수직하게 절곡 연장된 제1연장부; 및
    상기 제1연장부에 연결되고, 제1연장부와 수직하게 절곡 연장된 제2연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무지부는 복수개의 무지부들이 서로 포개어진 상태에서 용접된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전판은 무지부의 돌출방향에서 수직으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제2연장부는 내측면에 무지부가 용접되어 연결되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 집전판은 삽입된 무지부와 대향되는 위치에 복수개의 관통구가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 집전판은 홀이 형성되고,
    상기 홀에 전극단자가 삽입되어 집전판과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전극조립체는 권취면이 인접되도록 2개의 전극조립체가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전극조립체는 무지부가 전극조립체의 돌출방향에서 수직하게 절곡되고, 각각의 전극조립체의 무지부는 서로 반대방향으로 절곡되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 집전판은 서로 반대방향으로 절곡된 무지부가 수용되도록 수용공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 집전판은 무지부의 돌출방향에서 수직으로 연장되는 베이스;
    상기 베이스 양측 단은 베이스에서 수직하게 절곡 연장된 제1연장부; 및
    상기 제1연장부에 연결되고, 제1연장부와 수직하게 절곡 연장된 제2연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 집전판은 양측 단에 형성된 제2연장부의 내측면과 각각의 무지부가 용접되어 연결되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 집전판은 각각의 무지부와 대향되는 위치에 복수개의 관통구가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 집전판은 일측에 형성된 각각의 무지부가 연결되고,
    상기 집전판에 형성된 홀에 전극단자가 삽입되어 집전판과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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