KR101222336B1 - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 이종 재료로 이루어진 이차 전지를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 한 실시예는 이차 전지의 외측으로 돌출 및 연장된 단자 기둥; 상기 단자 기둥에 결합된 단자 플레이트; 및 상기 단자 기둥과 상기 단자 플레이트 사이에 형성된 도전체를 포함하고, 상기 단자 기둥과 상기 도전체는 상호간 용접된 이차 전지를 개시한다. 여기서, 단자 기둥과 도전체는 동종 재질이고, 도전체와 단자 플레이트는 이종 재질이다.
이를 위해 본 발명의 한 실시예는 이차 전지의 외측으로 돌출 및 연장된 단자 기둥; 상기 단자 기둥에 결합된 단자 플레이트; 및 상기 단자 기둥과 상기 단자 플레이트 사이에 형성된 도전체를 포함하고, 상기 단자 기둥과 상기 도전체는 상호간 용접된 이차 전지를 개시한다. 여기서, 단자 기둥과 도전체는 동종 재질이고, 도전체와 단자 플레이트는 이종 재질이다.
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, 양, 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 및 돌출된다.
본 발명의 일 실시예는 이종 재료로 이루어진 단자를 갖는 이차 전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 케이스; 상기 케이스 위에 설치된 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트로부터 돌출된 단자 기둥; 상기 단자 기둥에 결합된 단자 플레이트를 포함하고, 상기 단자 플레이트는 오프닝(opening)을 갖는 몸체; 및 상기 오프닝의 내측에 형성되어 상기 몸체에 연결된 도전체를 포함하고, 상기 도전체는 상기 단자 기둥의 주변을 감싼다.
상기 도전체 및 단자 기둥은 같은 재질일 수 있다.
상기 도전체 및 상기 단자 기둥은 구리 또는 구리 합금일 수 있다.
상기 도전체 및 상기 단자 플레이트는 다른 재질일 수 있다. 상기 단자 플레이트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다.
상기 단자 기둥, 상기 도전체 및 상기 단자 플레이트와 접촉하는 절연 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 단자 플레이트는 상기 절연 부재의 돌기가 수용되도록 하는 그르브(groove)를 갖거나, 또는 상기 절연 부재는 상기 단자 플레이트의 돌기가 수용되도록 하는 그르브를 가질 수 있다. 상기 캡 플레이트는 상기 절연 부재의 돌기가 수용되도록 하는 그르브를 갖거나, 또는 상기 절연 부재는 상기 캡 플레이트의 돌기가 수용되도록 하는 그르브를 가질 수 있다.
상기 도전체에 접촉하는 상기 단자 플레이트의 측벽은 다수의 요철이 형성될 수 있다.
상기 도전체 및 상기 단자 플레이트는 상호간 용접될 수 있다.
상기 도전체 및 상기 단자 기둥은 상호간 확산 용접될 수 있다.
상기 도전체와 상기 단자 기둥은 상호간 용접될 수 있다.
상기 도전체와 상기 단자 기둥은 상호간 레이저 용접될 수 있다. 상기 단자 기둥의 경계 영역과 상기 도전체가 상호간 용접될 수 있다.
상기 캡 플레이트로부터 돌출된 제2단자 기둥과, 상기 제2단자 기둥에 결합된 제2단자 플레이트로 이루어진 제2단자를 더 포함할 수 있다. 상기 제2단자 기둥과 상기 제2단자 플레이트는 같은 재질일 수 있다.
상기 도전체는 도금된 도전재료일 수 있다.
상기 도전체의 두께는 1mm보다 클 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지는, 예를 들면, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 단자 플레이트에 일정 두께의 구리 또는 구리 합금의 도전체를 형성하고, 상기 구리 또는 구리 합금의 도전체에 구리 또는 구리 합금의 단자 기둥을 결합함으로써, 상기 구리 또는 구리 합금의 단자 기둥과 상기 구리 또는 구리 합금의 도전체가 서로 용이하게 용접될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 단자는 특히 음극 단자에 적합하다. 즉, 전극 조립체중 음극판은 구리 또는 구리 합금으로 형성되고, 따라서, 음극판에 용접되는 음극 집전체 역시 구리 또는 구리 합금이다. 더욱이, 이러한 음극 집전체에 결합되는 음극 단자 기둥 역시 구리 또는 구리 합금이다. 그런데, 음극 단자 플레이트에 결합되는 버스 바(다수의 이차 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하는 부재)는 대부분 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되기 때문에, 상기 단자 플레이트와의 용이한 용접을 위해, 상기 단자 플레이트 역시 알루미늄 또는 알루미늄 합금이다.
따라서, 구리 또는 구리 합금의 음극 단자 기둥과 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 음극 단자 플레이트는 상호간 용접되기 어렵다.
그러나, 본 발명의 한 실시예에서와 같이 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 음극 단자 플레이트에 구리 또는 구리 합금의 도전체가 형성됨으로써, 상기 구리 또는 구리 합금의 음극 단자 기둥과 상기 구리 또는 구리 합금의 도전체 사이의 용접이 용이하게 수행된다.
더불어, 상기 도전체는 도금 방식 또는 확산 용접 방식에 의해 형성됨으로써, 상기 도전체와 상기 단자 플레이트 사이의 결합력이 우수하다. 즉, 상기 단자 플레이트로부터 도전체가 분리 또는 박리 되지 않는다. 더욱이, 단자 플레이트에 다수의 요철이 형성되고, 그 표면에 도전체가 도금 방식으로 형성될 경우, 상기 단자 플레이트와 도전체 사이의 결합력은 상당히 우수하다.
더욱이, 상기 도전체의 두께가 대략 1mm 이상으로 형성되기 때문에, 상기 단자 기둥과의 충분한 용접 영역이 확보되고, 이에 따라 단자 기둥과 도전체 사이의 용접 강도는 더욱 증가한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3a는 도 2에 도시된 A의 확대 단면도이고, 도 3b 및 도 3c는 다른 확대도다.
도 4a는 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지중 단자 플레이트를 도시한 저면도이고, 도 4b 및 도 4c는 단자 플레이트와 단자 기둥 사이의 결합 방법을 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지중 단자 플레이트의 제조 방법을 도시한 설명도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지중 단자 플레이트의 다른 제조 방법을 도시한 설명도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3a는 도 2에 도시된 A의 확대 단면도이고, 도 3b 및 도 3c는 다른 확대도다.
도 4a는 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지중 단자 플레이트를 도시한 저면도이고, 도 4b 및 도 4c는 단자 플레이트와 단자 기둥 사이의 결합 방법을 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지중 단자 플레이트의 제조 방법을 도시한 설명도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지중 단자 플레이트의 다른 제조 방법을 도시한 설명도이다.
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.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다. 도 3a는 도 2에 도시된 A의 확대 단면도이고, 도 3b 및 도 3c는 다른 확대도다.
도 1 내지 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 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 작용할 수 있으며, 제2전극판(112)은 양극으로서 작용할 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 수 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, PC, DEC, EMC, DMC와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
상기 제1단자(120)는 금속으로 형성되며, 상기 제1전극판(111)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1단자(120)는 제1집전판(121), 제1단자 기둥(122) 및 도전체(124)를 갖는 제1단자 플레이트(123)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(121a)이 형성된다. 상기 단자홀(121a)에는 상기 제1단자 기둥(122)이 끼워져 결합된다. 이러한 제1집전판(121)은 예를 들면 구리 또는 구리 합금으로 제조된다. 그러나, 이러한 재질로 제1집전판(121)을 한정하는 것은 아니다.
상기 제1단자 기둥(122)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 또한 상기 제1단자 기둥(122)은 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제1집전판(121)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1단자 기둥(122)은 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부에는 제1단자 기둥(122)이 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 플랜지(122a)가 형성된다. 상기 제1단자 기둥(122)에서 플랜지(122a)의 하부에 위치하는 영역은 상기 제1집전판(121)의 제1단자홀(121a)에 끼워진다. 여기서, 상기 제1단자 기둥(122)은 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 이러한 제1단자 기둥(122)은 예를 들면 구리 또는 구리 합금으로 제조된다. 그러나, 이러한 재질로 제1단자 기둥(122)을 한정하는 것은 아니다.
상기 제1단자 플레이트(123)는 홀(123a)을 가지며, 상기 홀(123a)의 내벽에는 일정 두께의 도전체(124)가 형성된다. 물론, 상기 도전체(124) 역시 일정 직경의 홀(124a)을 갖는다. 여기서, 상기 제1단자 플레이트(123)의 홀(123a)의 내벽과 상기 도전체(124) 사이의 상호간 결합력이 향상되도록, 상기 제1단자 플레이트(123)의 홀(123a)의 내벽에는 다수의 요철(123b)이 형성된다. 여기서, 상기 도전체(124)는 예를 들면 구리 또는 구리 합금으로 제조되고, 상기 제1단자 플레이트(123)는 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다. 그러나, 이러한 재질로 제1단자 플레이트(123) 및 도전체(124)를 한정하는 것은 아니다. 더불어, 상기 도전체(124)는 아래에서 다시 설명하겠지만, 도금 방법 또는 확산 용접 방법에 의해 형성될 수 있다.
상기 제1단자 플레이트(123)는 상기 제1단자 기둥(122)에 결합된다. 즉, 상기 제1단자 플레이트(123)의 도전체(124)가 상기 제1단자 기둥(122)에 결합된다. 또한, 상기 제1단자 기둥(122)과 상기 도전체(124)는 상호간 용접된다. 즉, 상부로 노출된 상기 제1단자 기둥(122)과 상기 도전체(124)의 경계 영역이 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 상기 제1단자 기둥(122)과 상기 도전체(124)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융된 후 냉각되어 용접된다. 이러한 용접 영역은 도 3에서 도면 부호 125로 표시되어 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제1단자 기둥(122)은 구리 또는 구리 합금으로 형성되고, 상기 도전체(124) 역시 구리 또는 구리 합금으로 형성됨으로써, 상기 제1단자 기둥(122)과 상기 도전체(124) 사이의 용접이 용이하게 수행될 뿐만 아니라 용접 품질도 우수하다. 더불어, 상술한 바와 같이, 상기 도전체(124)의 외주연에 형성된 제1단자 플레이트(123)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다. 따라서, 상기 제1단자 플레이트(123)에 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 버스바(도시되지 않음)가 용이하게 용접된다.
상기 제2단자(130) 역시 금속으로 형성되며, 제2전극판(112)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2단자(130)는 제2집전판(131), 제2단자 기둥(132) 및 제2단자 플레이트(133)를 포함한다.
상기 제2집전판(131)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제2전극 무지부(112a)와 접촉된다. 상기 제2집전판(131)은 대략 '┑' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀(131a)이 형성된다. 상기 단자홀(131a)에는 상기 제2단자 기둥(132)이 끼워져 결합된다. 이러한 제2집전판(131)은 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다. 그러나, 이러한 재질로 제2집전판(131)을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2단자 기둥(132)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 또한 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제2집전판(131)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2단자 기둥(132)은 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부에는 제2단자 기둥(132)이 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 플랜지(132a)가 형성된다. 상기 제2단자 기둥(132)에서 플랜지(132a)의 하부에 위치하는 영역은 상기 제2집전판(131)의 제2단자홀(131a)에 끼워진다. 여기서, 상기 제2단자 기둥(132)은 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 이러한 제2단자 기둥(132)은 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다. 그러나, 이러한 재질로 제2단자 기둥(132)을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2단자 플레이트(133)는 홀(133a)을 갖는다. 또한, 상기 제2단자 플레이트(133)는 상기 제2단자 기둥(132)에 결합된다. 즉, 상기 제2단자 플레이트(133)의 홀(133a)에 상기 제2단자 기둥(132)이 결합된다. 또한, 상기 제2단자 기둥(132)과 상기 제2단자 플레이트(133)는 상호간 용접된다. 즉, 상부로 노출된 상기 제2단자 기둥(132)과 상기 제2단자 플레이트(133)의 경계 영역은 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 상기 제2단자 기둥(132)과 상기 제2단자플레이트(133)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접된다.
상술한 바와 같이, 상기 제2단자 기둥(132)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되고, 상기 제2단자 플레이트(133) 역시 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성됨으로써, 상기 제2단자 기둥(132)과 상기 제2단자 플레이트(133) 사이의 용접이 용이하게 수행될 뿐만 아니라 용접 품질도 우수하다. 그러나, 이러한 재질로 상기 제2단자 기둥(132) 및 제2단자 플레이트(133)를 한정하는 것은 아니다.
더불어, 상기 제2단자 플레이트(133)에 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 버스바(도시되지 않음)가 용이하게 용접된다. 여기서, 상기 제2단자 플레이트(133)는 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 따라서 이하에서 설명될 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 상기 제2단자(130)와 같은 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다.
이와 같이, 제2단자(130)를 이루는 제2집전판(131), 제2단자 기둥(132) 및 제2단자 플레이트(133)는 모두 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되기 때문에, 제1단자(120)에서와 같은 구리 또는 구리 재질의 도전체는 필요없다.
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 절연부재(155) 및 하부 절연부재(156)를 포함한다.
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 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132) 각각과 캡 플레이트(151) 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.
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 설치되며, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(154a)가 형성된다.
상기 상부 절연부재(155)는 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성된다. 또한, 상기 상부 절연부재(155)는 상기 캡 플레이트(151)와 밀착된다. 더욱이, 상기 상부 절연부재(155)는 시일 가스켓(152)에 도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연부재(155)는 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132)과 캡 플레이트(151)를 절연시킨다.
상기 하부 절연부재(156)는 제1집전판(121) 및 제2집전판(131) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다. 즉, 상기 하부 절연부재(156)는 제1집전판(121)과 캡 플레이트(151) 사이의 단락, 그리고 상기 제2집전판(131)과 캡 플레이트(151) 사이의 단락을 방지한다.
도 4a는 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지중 단자 플레이트를 도시한 저면도이고, 도 4b 및 도 4c는 단자 플레이트와 단자 기둥 사이의 결합 방법을 도시한 단면도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 제1단자 플레이트(123)는 평면의 형태가 대략 사각 형태로 형성되며, 중앙에 대략 원형의 홀(123a)이 형성된다. 또한, 상기 홀(123a)의 내벽에는 일정 두께의 도전체(124)가 형성된다. 상기 도전체(124) 역시 대략 원형의 홀(124a)을 가지며, 이러한 홀(124a)에 제1단자 기둥(122)이 결합된다. 여기서, 상기 제1단자 플레이트(123)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이고, 상기 도전체(124)는 구리 또는 구리 합금이다. 물론, 상기 제1단자 기둥(122, 도 4b 참조)은 구리 또는 구리 합금이다. 따라서, 상기 도전체(124)와 상기 제1단자 기둥(122) 사이의 용접이 가능하다. 여기서, 상기 제1단자 플레이트(123)의 일측에는 요홈(123c)이 형성되어 있으며, 이러한 요홈(123c)에는 하기할 상부 절연부재(155)의 돌기(155a)가 결합된다. 반대로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1단자 플레이트(123)의 일측에는 돌기(123c_1)이 형성되어 있으며, 이러한 돌기(123c_1)에는 상부 절연부재(155)의 요홈(155a_1)가 결합될 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 제1단자 플레이트(123)에 형성된 도전체(124)의 홀(124a)에는 제1단자 기둥(122)이 결합된다. 또한, 상기 제1단자 기둥(122)을 대략 감싸고, 캡 플레이트(151)의 상면을 따라 일정 길이 연장된 상부 절연부재(155) 위에 상기 제1단자 플레이트(123) 및 도전체(124)가 안착된다. 여기서, 상기 상부 절연부재(155)는 상면에 일정 두께의 돌기(155a)가 형성되어 있으며, 이러한 돌기(155a)가 상기 제1단자 플레이트(123)에 형성된 요홈(123c)에 결합된다. 따라서, 상기 상부 절연부재(155) 위에서 상기 제1단자 플레이트(123)의 회전이 방지된다. 더불어, 상기 상부 절연부재(155)는 하면에도 일정 두께의 돌기(155b)가 형성되어 있으며, 이러한 돌기(155b)가 캡 플레이트(151)에 형성된 요홈(151a)에 결합된다. 따라서, 상기 캡 플레이트(151) 위에서 상기 상부 절연부재(155)의 회전이 방지된다. 반대로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상부 절연부재(155)는 하면에 일정 깊이의 요홈(155b_1)이 형성되고, 이러한 요홈(155b_1)에는 캡 플레이트(151)에 형성된 돌기(151a_1)에 결합될 수 있다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 제1단자 기둥(122)과 도전체(124)는 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 용접 툴(210)을 통한 레이저 빔이 제1단자 기둥(122)과 도전체(124)의 경계 영역에 제공됨으로써, 제1단자 기둥(122)과 도전체(124)가 상호간 용융된다. 이후, 레이저 빔의 공급이 중지되면, 상기 용융된 부분이 냉각되면서 상기 제1단자 기둥(122)과 도전체(124)가 상호간 용접된다.
이와 같이 본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 제1단자 플레이트(123)에 도금 방법 또는 확산 용접 방법에 의해 구리 또는 구리 합금의 도전체(124)가 형성됨으로써, 상기 구리 또는 구리 합금의 제1단자 기둥(122)과 구리 또는 구리 합금의 도전체(124) 사이의 용접이 가능해진다. 더욱이, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 제1단자 플레이트(123)에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 버스 바(도시되지 않음)가 용접 가능해진다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지중 단자 플레이트의 제조 방법을 도시한 설명도이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 제1단자 플레이트(123)에 홀(123a)이 형성된다. 더불어, 상기 홀(123a)의 내벽에는 결합 강도의 향상을 위해 다수의 요철(123b)이 형성된다. 여기서, 상기 제1단자 플레이트(123)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 제1단자 플레이트(123)가 한정되는 것은 아니다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 제1단자 플레이트(123)의 홀(123a)의 내벽에 일정 두께의 도전체(124)가 형성된다. 예를 들면, 상기 제1단자 플레이트(123)의 홀(123a)의 내벽에 일정 두께의 도전체(124)가 전해 도금 방법에 의해 형성될 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 제1단자 플레이트(123)에 양의 전압이 가해지고, 도금액에 음의 전압이 가해지는 상태에서, 상기 제1단자 플레이트(123)가 상기 도금액에 넣어진다. 여기서, 상기 도금액은 황산구리, 붕불화구리, 썰파민산구리, 시안화구리, 피로인산구리 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명에서 상기 도금액의 종류가 한정되는 것은 아니다. 더불어, 상기 도금 공정은 도전체(124)가 대략 1mm 이상의 두께를 가질 때까지 수행된다. 여기서, 상기 도전체(124)의 두께는 제1단자 플레이트(123)의 홀(123a)의 내벽으로부터 홀(123a)의 중심을 향하여 형성된 두께를 의미한다. 상기 도전체(124)의 두께가 대략 1mm 미만일 경우, 제1단자 기둥(122)(도 4c 참조)과 도전체(124) 사이의 용접이 어렵다. 즉, 상기 제1단자 기둥(122)과 도전체(124) 사이에 충분한 용접 영역이 확보되지 않기 때문이다.
물론, 상기와 같은 도금 공정동안 상기 제1단자 플레이트(123)의 홀(123a)의 내벽을 제외한 나머지 표면에는 절연체(도시되지 않음)가 형성되어 있음으로써, 홀(123a)의 내벽을 제외한 나머지 표면에는 도전체(124)가 형성되지 않도록 한다.
더불어, 상기 도금 공정에 의해, 상기 도전체(124)는 통상 중심 영역이 상대적으로 더 두껍게 형성된다. 따라서, 이와 같이 상대적으로 두꺼운 영역은 제거될 필요가 있다.
도 5c에 도시된 같이, 고속으로 회전하는 그라인팅 툴(220)이 상기 도전체(124)의 홀(124a)에 결합된다. 이와 같이 하여, 도전체(124)중 상대적으로 두꺼운 영역이 그라인딩되어 제거된다. 따라서, 결국 상기 도전체(124)의 두께가 균일해진다. 즉, 상기 도전체(124)가 갖는 홀(124a)의 직경이 균일해진다.
이와 같이 하여, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 제1단자 플레이트(123)는 구리 또는 구리 합금의 도전체(124)를 갖게 된다. 더불어, 이러한 구리 또는 구리 합금의 도전체(124)는 도금 방법에 의해 제1단자 플레이트(123)에 형성됨으로써, 상기 도전체(124)와 상기 제1단자 플레이트(123) 사이의 결합 강도가 우수해진다. 따라서, 이차 전지의 장기간 사용시에도 상기 도전체(124)와 상기 제1단자 플레이트(123)가 분리되지 않는다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지중 단자 플레이트의 다른 제조 방법을 도시한 설명도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 홀(123a)을 갖는 제1단자 플레이트(123)와, 홀(124a)을 갖는 도전체(124)가 각각 준비된다. 이어서, 상기 제1단자 플레이트(123)의 홀(123a)에 상기 도전체(124)가 결합된다. 물론, 상기 제1단자 플레이트(123)의 홀(123a) 직경과, 상기 도전체(124)의 외경은 동일하다.
도6b에 도시된 바와 같이, 상호간 결합된 제1단자 플레이트(123) 및 도전체(124)가 노(furnace)(230)에 위치된다. 이어서, 상기 노(230)의 온도가 서서히 증가되어 대략 400 내지 1100℃에 이른다. 그러면, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 제1단자 플레이트(123)와 상기 구리 또는 구리 합금의 도전체(124) 사이에 확산이 일어나게 되고, 이에 따라 제1단자 플레이트(123)와 도전체(124)가 상호간 결합된다. 즉, 제1단자 플레이트(123)와 도전체(124)가 상호간 용접된다. 이어서, 상기 제1단자 플레이트(123) 및 도전체(124)에서 내부 응력이 발생하지 않도록, 노(230)의 온도가 서서히 상온까지 냉각된다. 여기서, 상기 확산 용접 방법은 제1단자 플레이트(123)와 도전체(124) 사이에 금속간층(126)을 형성한다.
이러한 확산 용접 방법은 제1단자 플레이트(123)와 도전체(124) 사이의 용접 강도를 향상시킬 뿐만아니라, 별도의 도금 설비 및 그라인딩 설비를 필요로 하지 않는다. 더불어, 상기 확산 용접 방법은 제1단자 플레이트(123)와 도전체(124) 사이에 금속간층(126)이 형성되도록 함으로써, 제1단자 플레이트(123)와 도전체(124) 사이의 용접 강도가 향상된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 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: 제1단자 기둥 123: 제1단자 플레이트
124; 도전체 130: 제2단자
131: 제2집전판 132: 제2단자 기둥
133: 제2단자 플레이트 140: 케이스
150: 캡 조립체 151: 캡 플레이트
152: 시일 가스켓 153: 마개
154: 안전벤트 155: 상부 절연부재
156: 하부 절연부재
120: 제1단자 121: 제1집전판
122: 제1단자 기둥 123: 제1단자 플레이트
124; 도전체 130: 제2단자
131: 제2집전판 132: 제2단자 기둥
133: 제2단자 플레이트 140: 케이스
150: 캡 조립체 151: 캡 플레이트
152: 시일 가스켓 153: 마개
154: 안전벤트 155: 상부 절연부재
156: 하부 절연부재
Claims (20)
- 케이스;
상기 케이스 위에 설치된 캡 플레이트;
상기 캡 플레이트로부터 돌출된 단자 기둥;
상기 단자 기둥에 결합된 단자 플레이트를 포함하고,
상기 단자 플레이트는
오프닝(opening)을 갖는 몸체; 및
상기 오프닝의 내측에 형성되어 상기 몸체에 연결된 도전체를 포함하고,
상기 도전체는 상기 단자 기둥의 주변을 감쌈을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 도전체 및 단자 기둥은 같은 재질인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 도전체 및 상기 단자 기둥은 구리 또는 구리 합금인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 도전체 및 상기 단자 플레이트는 다른 재질인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제4항에 있어서,
상기 단자 플레이트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 단자 기둥, 상기 도전체 및 상기 단자 플레이트와 접촉하는 절연 부재를 더 포함함을 특징으로 하는 이차 전지. - 제6항에 있어서,
상기 단자 플레이트는
상기 절연 부재의 돌기가 수용되도록 하는 그르브(groove)를 가짐을 특징을 하는 이차 전지. - 제6항에 있어서,
상기 캡 플레이트는 상기 절연 부재의 돌기가 수용되도록 하는 그르브를 가짐을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 도전체에 접촉하는 상기 단자 플레이트의 측벽은 다수의 요철이 형성됨을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 도전체 및 상기 단자 플레이트는 상호간 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 도전체 및 상기 단자 기둥은 상호간 확산 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 도전체와 상기 단자 기둥은 상호간 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 도전체와 상기 단자 기둥은 상호간 레이저 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제13항에 있어서, 상기 단자 기둥의 경계 영역과 상기 도전체가 상호간 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제1항에 있어서,
상기 캡 플레이트로부터 돌출된 제2단자 기둥과,
상기 제2단자 기둥에 결합된 제2단자 플레이트로 이루어진 제2단자를 더 포함함을 특징으로 하는 이차 전지. - 제15항에 있어서,
상기 제2단자 기둥과 상기 제2단자 플레이트는 같은 재질인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 도전체는 도금된 도전재료인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 도전체의 두께는 1mm보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제6항에 있어서,
상기 절연 부재는 상기 단자 플레이트의 돌기가 수용되도록 하는 그르브를 가짐을 특징을 하는 이차 전지. - 제6항에 있어서,
상기 절연 부재는 상기 캡 플레이트의 돌기가 수용되도록 하는 그르브를 가짐을 특징으로 하는 이차 전지.
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