KR101233440B1 - 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는 이차전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 캡플레이트의 바닥 면에는 전극단자의 주변에 적어도 2개의 홈이 형성되는 이차전지를 구비함으로써, 종압축력이 가해질 때 전극조립체와 전극단자의 쇼트를 방지할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 일실시예는 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수용되며, 상단 개구부가 형성된 캔 및 상기 캔의 상단 개구부를 밀봉하고, 캡플레이트, 절연플레이트 및 전극단자 및 터미널플레이트를 포함하여 이루어지는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡플레이트의 바닥 면에는 전극단자의 주변에 적어도 2개의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지를 개시한다.
이를 위해 본 발명의 일실시예는 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수용되며, 상단 개구부가 형성된 캔 및 상기 캔의 상단 개구부를 밀봉하고, 캡플레이트, 절연플레이트 및 전극단자 및 터미널플레이트를 포함하여 이루어지는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡플레이트의 바닥 면에는 전극단자의 주변에 적어도 2개의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지를 개시한다.
Description
본 발명의 일실시예는 이차전지에 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 있다.
이러한 이차전지는 주로 제1 전극 활물질로는 리튬계 산화물, 제2 전극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 또한, 이차전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적으로 원통형, 각형 및 파우치형을 들 수 있다.
상기 이차전지는 캔과 상기 캔 내부에 수용되는 전극조립체 및 상기 캔의 상부를 밀봉하는 캡조립체를 포함하여 이루어진다.
상기 캡조립체는 캔의 상부에 결합되는 캡플레이트를 포함한다. 상기 캡플레이트는 단자통공이 형성되고, 상기 단자통공의 외면에는 캡플레이트와의 절연을 위한 가스켓이 위치한다. 상기 캡플레이트는 아랫면에 절연플레이트를 포함한다. 상기 절연플레이트는 전극단자와 통전되는 단자플레이트를 포함하여 형성된다. 상기 전극조립체의 한 전극은 전극탭과 단자플레이트를 통해 전극단자와 전기적으로 연결된다. 상기 전극조립체의 다른 전극은 이와 연결되는 전극탭을 통해 캡플레이트 또는 캔에 전기적으로 연결된다.
상기 이차전지에는 종압축력이 가해질 때, 캡플레이트가 불규칙적으로 변형되어 전극조립체와 캡플레이트의 전극단자가 접촉되어 쇼트가 발생될 수 있다.
본 발명의 일실시예는 전극단자의 주변에 적어도 2개의 홈이 형성되는 캡플레이트를 구비하여, 종압축력이 가해질 때 전극단자와 서로 다른 극성이 접촉되어 쇼트가 방지되는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의한 이차전지는 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수용되며, 상단 개구부가 형성된 캔 및 상기 캔의 상단 개구부를 밀봉하고, 캡플레이트, 절연플레이트 및 전극단자 및 터미널플레이트를 포함하여 이루어지는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡플레이트의 바닥 면에는 전극단자의 주변에 적어도 2개의 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캡플레이트는 종압축력이 가해질 때, 전극단자가 이차전지의 바깥쪽으로 변형될 수 있다.
또한, 상기 캡플레이트는 홈을 따라 파단 되는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 홈은 캡플레이트의 장측변에서 수직되는 방향으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 홈은 캡플레이트 두께의 30% 내지 80%의 깊이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 홈은 사각형상 또는 삼각형상 또는 호형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극판은 캡플레이트와 전기적으로 연결되고, 제2 전극판은 전극단자와 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는 전극단자의 주변에 적어도 2개의 홈이 형성되는 캡플레이트를 구비하여, 종압축력이 가해질 때 전극단자와 서로 다른 극성이 접촉되어 쇼트되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는 종압축력이 가해질 때, 전극단자가 이차전지의 바깥쪽으로 변형되어 쇼트가 방지되므로 이차전지의 안전성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 분리 사시도이다.
도 2는 도 1의 캡조립체의 하부 평면도이다.
도 3은 도 2의 캡조립체의 측면도이다.
도 4는 도 1의 캡조립체와 제2 전극탭의 분해도이다.
도 5a는 도1의 이차전지에 종방향 압축력 시험을 설명한 사시도이다.
도 5b는 도a의 이차전지에서 절연케이스가 제외된 후, 파단된 캡플레이트를 설명한 사시도이다.
도 5c는 도5b의 이차전지의 상부를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡플레이트의 사각형상 홈을 도4에 대응되도록 도시한 분해도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡플레이트의 호 형상 홈을 도4에 대응되도록 도시한 분해도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡플레이트의 메인 홈과 보조 홈을 도4에 대응되도록 도시한 분해도이다.
도 2는 도 1의 캡조립체의 하부 평면도이다.
도 3은 도 2의 캡조립체의 측면도이다.
도 4는 도 1의 캡조립체와 제2 전극탭의 분해도이다.
도 5a는 도1의 이차전지에 종방향 압축력 시험을 설명한 사시도이다.
도 5b는 도a의 이차전지에서 절연케이스가 제외된 후, 파단된 캡플레이트를 설명한 사시도이다.
도 5c는 도5b의 이차전지의 상부를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡플레이트의 사각형상 홈을 도4에 대응되도록 도시한 분해도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡플레이트의 호 형상 홈을 도4에 대응되도록 도시한 분해도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡플레이트의 메인 홈과 보조 홈을 도4에 대응되도록 도시한 분해도이다.
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 일실시예에 따른 이차전지의 분리 사시도이다. 도 2는 도 1의 캡조립체의 하부 평면도이다. 도 3은 도 2의 캡조립체의 측면도이다. 도 4는 도 1의 캡조립체와 제2 전극탭의 분해도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는, 도 1 내지 도 5c를 참조하면, 캔(110), 전극 조립체(112), 캡조립체(120) 및 절연케이스(170)를 포함하여 형성된다.
상기 이차전지(100)는 제1 전극판(113), 제2 전극판(115) 및 세퍼레이터(114)로 구성되는 전극조립체(112)를 전해액과 함께 캔(110)에 수납하고, 이 캔(110)의 상단개구부(110a)를 캡조립체(120)로 밀봉함으로써 형성된다. 상기 캡조립체(120)는 캡플레이트(140)를 포함한다. 상기 캡플레이트(140)는 바닥 면에 2개의 홈(143, 144)이 형성된다. 상기 홈(143, 144)은 전극단자(130)의 주변에 적어도 2개가 형성된다. 상기 이차전지(100)에 종방향 압축력이 가해질 때, 홈(143, 144)이 파단 되어 캡플레이트(140)가 규칙적으로 변형된다. 이 경우, 상기 전극단자(130)는 이차전지(100)의 바깥쪽으로 돌출되어 전극조립체(112)와 쇼트가 발생되지 않는다.
상기 캔(110)은 일반적으로 금속재인 알루미늄 또는 그 합금 재질로 형성되며, 딥드로잉 방식에 의하여 제작된다. 상기 캔(110)의 하면(110b)은 일반적으로 거의 평면 형상으로 형성된다. 상기 캔(110)은 금속재로 형성되어, 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. 상기 캔(110)은 상부가 개구되어 상단개구부(110a)가 형성된다. 상기 상단개구부(110a)를 통해 전극조립체(112)가 수용된다.
상기 전극조립체(112)는 제1 전극판(113)과 제2 전극판(115)사이에 세퍼레이터(114)가 게재되면서 젤리-롤(jelly-roll)형태로 권취되어 형성될 수 있다. 상기 제1 전극판(113)에는 제1 전극탭(116)이 결합되어 전극조립체(112)의 상단부로 돌출되며, 제2 전극판(115)에는 제2 전극탭(117)이 결합되어 전극조립체의 상단부로 돌출된다. 상기 전극조립체(112)에서 상기 제1 전극탭(116)과 제2 전극탭(117)은 소정거리 떨어져 형성되어 전기적으로 절연되도록 한다. 상기 전극조립체(112)의 제1 전극판(113)과 제2 전극판(115)은 이차전지의 구성에 따라서 반대로 형성될 수도 있다.
상기 캡조립체(120)는 캡플레이트(140)와 절연플레이트(150)와 터미널플레이트(160) 및 전극단자(130)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(120)는 별도의 절연케이스(170)와 결합되어 캔의 상단개구부(110a)에 결합되어 캔(110)을 밀봉하게 된다.
상기 전극단자(130)가 후술되는 단자통공1(141)에 삽입될 때는 전극단자(130)와 캡플레이트(140)의 절연을 위하여 전극단자(130)의 외면에는 튜브형의 개스킷 튜브(146)가 결합되어 함께 삽입된다. 상기 전극단자(130)는 상기 제2 전극판(115)의 제2 전극탭(117) 또는 상기 제1 전극판(113)의 제1 전극탭(116)에 연결되어 제2 전극단자 또는 제1 전극단자로 작용하게 된다.
상기 캡플레이트(140)는 상기 캔(110)의 상단개구부(110a)와 상응하는 크기와 형상을 가지는 금속판으로 형성된다. 상기 캡플레이트(140)의 중앙에는 소정 크기의 단자통공1(141)이 형성되며, 단자통공1(141)에는 전극단자(130)가 삽입된다. 상기 단자통공1(141)의 주변에는 적어도 2개의 홈(143, 144)이 형성된다.
상기 홈(143, 144)은 캡플레이트(140)의 바닥 면에 형성된다. 상기 홈(143, 144)은 캡플레이트(140)의 장측변에서 수직되는 방향으로 형성된다. 이 경우 상기 홈(143, 144)은 이차전지(100)에 종방향 압축력이 가해질 때 파단 된다. 상기 홈(143, 144)은 캡플레이트(140) 두께의 10% 내지 75%의 깊이로 형성된다. 상기 홈(143, 144)의 깊이는 종방향 압축력으로 파단 되도록 형성되며, 이러한 깊이로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 홈(143, 144)은, 도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 사각형상 또는 삼각형상 또는 호형상으로 형성될 수 있다. 상기 홈(143, 144)의 형상은 다양하게 실시 가능하며, 상기 홈(143, 144)의 형상으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 5a는 도1의 이차전지에 종방향 압축력 시험을 설명한 사시도이다. 도 5b는 도a의 이차전지에서 절연케이스가 제외된 후, 파단된 캡플레이트를 설명한 사시도이다. 도 5c는 도5b의 이차전지의 상부를 도시한 사시도이다.
도5a에 도시된 바와 같이, 종방향으로 이차전지(100)를 세운 후 13KN의 힘으로 압축력을 가한다. 상기 압축력으로 이차전지(100)는 도5b와 같이 변형될 수 있다. 이 경우 이차전지(100)의 변형은 상부, 측면, 하부 모두 변형된다. 상기 변형된 이차전지(100)의 상부에는 캡플레이트(140)가 형성되고, 이차전지(100)의 측면 및 하부에는 캔(110)이 형성된다. 상기 캡플레이트(140)는 개스킷 튜브(146)로 절연된 전극단자(130)가 포함되어 변형으로 쇼트가 발생될 수 있다. 그러나, 상기 캡플레이트(140)는 전극단자(130)의 주변에 형성된 홈(143, 144)을 따라 파단 되어 적어도 3개로 분리된다. 상기 두 개의 홈(143, 144)의 사이에 위치된 전극단자(130)는, 도5b에 도시된 바와 같이, 이차전지(100)의 바깥쪽으로 돌출된다. 상기 캡플레이트(140)가 일정한 형상으로 파단되기 때문에 쇼트가 방지된다.
상기 캡플레이트(140)는 전해액 주입구(142a)가 형성된다. 상기 전해액 주입구(142a)를 통하여 전해액이 주입되고 전해액 주입구(142a)은 별도의 밀폐수단(미도시)에 의하여 밀폐된다. 또한, 상기 캡플레이트(140)는 얇은 두께로 형성되어 설정된 압력에 의해 파손되어 가스를 방출시키는 안전 벤트(142b)를 포함할 수 있다.
상기 절연플레이트(150)는 개스킷 튜브(146)과 같은 절연물질로 형성되며, 캡플레이트(140)의 하면에 결합된다. 절연플레이트(150)에는 상기 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(130)가 삽입되는 단자통공2(151)가 형성되어 있다. 상기 절연플레이트(150)의 하면에는 상기 터미널플레이트(160)가 안착되도록 터미널플레이트(160)의 크기에 상응하는 안착홈(152)이 형성된다.
상기 터미널플레이트(160)는 일반적으로 Ni 합금으로 형성되며, 상기 절연플레이트(150)의 하면에 장착된다. 상기 터미널플레이트(160)의 재질로 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 상기 터미널플레이트(160)에는 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(130)가 삽입되는 단자통공3(161)이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(130)가 상기 개스킷 튜브(146)에 의하여 절연되면서 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)을 통하여 결합되므로 상기 터미널플레이트(160)는 상기 캡플레이트(140)와 전기적으로 절연되면서 상기 전극단자(130)와 전기적으로 연결된다.
상기 터미널플레이트(160)의 일측에는 상기 제2 전극판(115)에 결합된 제2 전극탭(117)이 용접된다. 또한, 상기 캡플레이트(140)의 하부 일면에는 상기 제1 전극판(113)에 결합된 제1 전극탭(116)이 용접된다. 상기 전극단자(130)와 캡플레이트(140)는 서로 다른 극성으로 형성된다. 상기 제2 전극탭(117)과 제1 전극탭(116)을 결합시키는 용접방법으로는 저항용접, 레이저 용접 등이 사용되며 일반적으로는 저항용접이 사용된다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 캡플레이트(440)에 관하여 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡플레이트(440)의 메인 홈(443, 444)과 보조 홈(445, 446)을 도4에 대응되도록 도시한 분해도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지는 도2에 도시된 캡플레이트(140)와 비교하여 홈의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 도시 및 중복된 설명은 생략하기로 하며, 메인 홈(443, 444)과 보조 홈(445, 446)에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.
상기 메인 홈(443, 444)은 캡플레이트(440)의 바닥 면에서 전극단자(130)의 주변에 적어도 2개가 형성된다. 상기 메인 홈(443, 444)과 대응되는 캡플레이트(440)의 상부 면에는 보조 홈(445, 446)이 형성된다. 이 경우 상기 메인 홈(443, 444)은 보조 홈(445, 446)보다 깊게 형성된다.
상기 메인 홈(443, 444)과 보조 홈(445, 446)은 이차전지에 종방향 압축력이 가해질 때 파단 된다. 상기 캡플레이트(440)는 메인 홈(443, 444)과 보조 홈(445, 446)이 형성된 부분의 두께가 더 얇기 때문에 종방향 압축력이 가해지면 홈을 따라 파단된다.
상기 두 개의 메인 홈(443, 444)의 사이에 전극단자(130)가 위치될 수 있다. 도5b와 같이 이차전지(100)에 종방향 압축력이 가해지면, 상기 캡플레이트(440)는 메인 홈(443, 444)과 보조 홈(445, 446)을 따라 파단되어 전극단자(130)가 바깥쪽으로 돌출된다. 상기 캡플레이트(440)가 일정한 형상으로 파단되기 때문에 쇼트가 방지된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차전지를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예들에 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: 이차전지
120: 전극 조립체 113: 제1 전극판
114: 세퍼레이터 115: 제2 전극판
116: 제1 전극탭 117: 제2 전극탭
120: 캡조립체 130: 전극단자
140: 캡플레이트 141: 단자통공1
142a: 전해액 주입구 142b: 안전벤트
143, 144: 홈 146: 개스킷 튜브
150: 절연플레이트 151: 단자통공2
152: 안착홈 160: 터미널플레이트
161: 단자통공3 170: 절연케이스
120: 전극 조립체 113: 제1 전극판
114: 세퍼레이터 115: 제2 전극판
116: 제1 전극탭 117: 제2 전극탭
120: 캡조립체 130: 전극단자
140: 캡플레이트 141: 단자통공1
142a: 전해액 주입구 142b: 안전벤트
143, 144: 홈 146: 개스킷 튜브
150: 절연플레이트 151: 단자통공2
152: 안착홈 160: 터미널플레이트
161: 단자통공3 170: 절연케이스
Claims (10)
- 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체가 수용되며, 상단 개구부가 형성된 캔;
상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 전극단자; 및
상기 캔의 상단 개구부를 밀봉하고, 상기 전극단자를 외부로 노출 시키는 캡플레이트;
상기 캡플레이트의 하면에 결합되는 절연플레이트;및
상기 절연플레이트의 하면에 장착되는 터미널 플레이트를 포함하고,
상기 캡플레이트의 바닥 면에는 상기 전극단자의 주변에 적어도 2개의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 홈은 캡플레이트의 장측변에서 수직되는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 캡플레이트는 종방향 압축력이 가해질 때, 전극단자가 이차전지의 바깥쪽으로 변형되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 캡플레이트는 홈을 따라 파단 되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 홈은 캡플레이트 두께의 10% 내지 75%의 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 홈은 사각형상 또는 삼각형상 또는 호형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 홈은 캡플레이트의 장측변의 3/10 내지 5/10의 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 전극판은 캡플레이트와 전기적으로 연결되고, 제2 전극판은 전극단자와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체가 수용되며, 상단 개구부가 형성된 캔;
상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 전극단자; 및
상기 캔의 상단 개구부를 밀봉하고, 상기 전극단자를 외부로 노출 시키는 캡플레이트;
상기 캡플레이트의 하면에 결합되는 절연플레이트;및
상기 절연플레이트의 하면에 장착되는 터미널 플레이트를 포함하고,
상기 캡플레이트의 바닥 면에는 상기 전극단자의 주변에 적어도 2개의 메인 홈이 형성되고, 상기 메인 홈과 대응되는 캡플레이트의 상부 면에는 보조 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 9 항에 있어서,
상기 메인 홈은 보조 홈보다 깊게 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
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