KR101265200B1 - 이차전지 - Google Patents

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KR101265200B1
KR101265200B1 KR1020110078331A KR20110078331A KR101265200B1 KR 101265200 B1 KR101265200 B1 KR 101265200B1 KR 1020110078331 A KR1020110078331 A KR 1020110078331A KR 20110078331 A KR20110078331 A KR 20110078331A KR 101265200 B1 KR101265200 B1 KR 101265200B1
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retainer
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김중헌
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스 및 케이스 내에서 상기 전극 조립체를 감싸는 리테이너를 포함하고, 리테이너는 전극 조립체의 일 부분을 감싸는 제1 리테이너와 전극 조립체의 다른 부분을 감싸는 제2 리테이너 및 제1 리테이너와 제2 리테이너를 연결하는 연결부를 포함한다.

Description

이차전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 전극 조립체를 케이스에 내장하는 구조를 개선한 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차전지와 달리, 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있다. 고출력 이차 전지는 복수의 이차 전지를 직렬로 연결하여 구성되며, 대전력을 필요로 하는 기기, 예를 들면, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있다.
이차 전지는 세퍼레이터(separator)의 양면에 양극(positive electrode)과 음극(negative electrode)을 구비하여 형성되는 전극 조립체, 전극 조립체를 내장하는 케이스, 케이스의 개구를 밀폐하는 캡 플레이트, 및 캡 플레이트에 관통하여 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 전극단자를 포함한다.
전극 조립체에서 충전 및 방전이 반복되므로, 과도한 열이 발생되거나, 전해액이 분해된다. 따라서 양극, 세퍼레이터 및 음극 사이의 간격들이 벌어지고, 전극 조립체가 부풀어 오르게 된다. 결국, 셀 스웰링(cell swelling)이 발생된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 측면은 전극 조립체를 가압하여, 양극, 세퍼레이터 및 음극 사이의 간극을 설정 범위 이내로 유지시켜, 셀 스웰링을 억제하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 측면은 전극 조립체를 리테이너로 감싸므로 케이스와 전극 조립체의 조립성을 향상시키고, 케이스 내에서 전극 조립체의 이동을 방지하며, 캡 플레이트 측에서 전극 조립체의 손상을 방지하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스 및 케이스 내에서 전극 조립체를 감싸는 리테이너를 포함하고, 리테이너는 전극 조립체의 일 부분을 감싸는 제1 리테이너와 전극 조립체의 다른 부분을 감싸는 제2 리테이너 및 제1 리테이너와 제2 리테이너를 연결하는 연결부를 포함한다.
또한, 전극 조립체와 각형 이차 전지의 단자를 전기적으로 연결하는 집전 리드 탭을 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 리테이너는 바닥부, 바닥부로부터 수직하게 연장되는 제1 가압부, 바닥부로부터 수직하게 연장되고 제1 가압부와 대향하는 제2 가압부, 바닥부로부터 수직하게 연장되고 제1 가압부와 제2 가압부의 끝 단들 사이의 제1 구속부 및 제1 바닥부로부터 수직하게 연장되고 제1 구속부와 대향하는 제2 구속부를 포함할 수 있다.
또한, 제2 리테이너는 전극 조립체의 상단을 지지하는 뚜껑부, 뚜껑부로부터 수직하게 연장되는 제3 가압부, 뚜껑부로부터 수직하게 연장되고, 제3 가압부와 대향하는 제4 가압부, 뚜껑부로부터 수직하게 연장되고 제3 가압부와 제4 가압부의 끝 단들 사이의 제3 구속부 및 뚜껑부로부터 수직하게 연장되고 제3 구속부와 대향하는 제4 구속부를 포함할 수 있다.
또한, 케이스를 밀폐하기 위하여 케이스의 상단에 결합되는 캡 플레이트를 더 포함할 수 있고, 제2 리테이너의 뚜껑부는 캡 플레이트와 전극 조립체 사이에 굴곡부를 포함할 수 있다.
또한, 제2 리테이너의 굴곡부는 반원형의 골이 형성된 구조를 가질 수 있다.
또한, 제2 리테이너의 뚜껑부는 관통구를 포함할 수 있고, 캡 플레이트는 벤트 플레이트를 포함할 수 있으며, 벤트 플레이트는 뚜껑부의 관통구의 위에 위치할 수 있다.
또한, 제1 리테이너는 제2 리테이너와 공간적으로 분리될 수 있다.
또한, 케이스를 밀폐하기 위해 케이스의 상단에 결합되는 캡 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 연결부는 제1 및 제2 리테이너들 사이의 공간을 가로질러 연장될 수 있다.
또한, 연결부는 제1 리테이너 및 제2 리테이너 중 하나에 일체로 형성될 수 있다.
또한, 연결부와 제1 및 제2 리테이너들 중 적어도 하나의 사이에 분리 결합부를 더 포함할 수 있다.
또한, 분리 결합부는 결합 구멍 및 결합 돌기를 포함할 수 있다.
또한, 제1 리테이너 및 제2 리테이너 중 적어도 하나는 그 내부 표면에 리브를 포함할 수 있다.
또한, 전극 조립체와 단자를 전기적으로 연결하는 집전 리드 탭을 더 포함할 수 있고, 리브는 집전 리드 탭의 전극 조립체 접합부를 지지할 수 있다.
또한, 전극 조립체는 권취되고 코팅부와 상기 코팅부의 끝단에 형성된 무지부를 포함할 수 있다.
또한, 제2 리테이너의 뚜껑부는 전극 조립체의 코팅부에 평행하게 연장할 수 있다.
또한, 뚜껑부의 굴곡부는 전극 조립체의 코팅부와 접촉할 수 있다.
또한, 제2 리테이너는 제2 리테이너의 서로 반대쪽의 끝 단들에 전극 조립체의 일부를 노출시키는 개방부를 더 포함할 수 있다.
또한, 리테이너는 절연성 합성수지재로 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면 전극 조립체를 감싸는 리테이너가 케이스에 지지되어 전극 조립체를 가압하여, 전극 조립체에서 양극, 세퍼레이터 및 음극 사이의 간극들이 설정 범위 이내로 유지되므로 셀 스웰링이 억제될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 리테이너가 전극 조립체를 감싸고 있으므로 케이스에 전극 조립체를 삽입하는 작업이 용이해지므로, 전극 조립체의 외면을 손상시키기지 않으면서 전극 조립체와 케이스의 조립성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 전극 조립체를 감싸는 리테이너가 전극 조립체와 케이스 사이에 설정되는 간격에 채워지므로 케이스 내에서 전극 조립체가 고정되므로, 리테이너는 케이스 내에서 전극 조립체의 이동을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 리테이너가 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에 배치되어 전극 조립체와 캡 플레이트 사이의 충격을 차단하거나 완화시키므로, 캡 플레이트 측에 부딪혀서 발생될 수 있는 전극 조립체의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지 중, 전극 조립체, 캡 플레이트 및 리테이너를 조립한 상태의 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 리테이너의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다.
도 6은 전극 조립체에 음극 집전 리드 탭과 리테이너를 결합한 상태의 단면도이다.
도 7은 도 1의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다.
도 8은 도 1의 Ⅷ-Ⅷ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 10은 도 9에 나타낸 이차 전지에 적용되는 리테이너의 분해 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에 있어서, 설명의 명확화를 위해 층 또는 영역의 치수는 과장되게 도시될 수 있다. 하나의 층 또는 요소가 다른 층 또는 기재의 "위에" 있다고 하는 것은 직접적으로 위에 있거나, 그 사이에 또 다른 층을 개재하여 있는 것으로 이해될 것이다. 그리고, 하나의 층이 다른 층의 "아래"에 있다고 하는 것은 직접적으로 아래에 있거나, 그 사이에 하나 이상의 또 다른 층을 개재하여 있는 것으로 이해될 것이다. 나아가, 하나의 층이 두 개의 층들 "사이"에 있다고 하는 것은 그 하나의 층이 두 개의 층들 사이의 유일한 층이거나, 그 사이에 하나 이상의 또 다른 층이 개재하여 있는 것으로 이해될 것이다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차 전지(100) 중, 전극 조립체(10), 캡 플레이트(20) 및 리테이너(60)를 조립한 상태의 사시도이며, 도 3은 도 2에 나타낸 리테이너(60)의 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예의 이차 전지(100)는 전극 조립체(10)를 리테이너(60)로 감싸서, 전극 조립체(10)를 캡 플레이트(20)에 조립하여 케이스(15)에 삽입한 후, 캡 플레이트(20)를 케이스(15)에 결합하여 형성될 수 있다.
예를 들면, 리테이너(60)는 전극 조립체(10)의 하부를 가압하면서 감싸는 제1 리테이너(이하 "하부 리테이너"라 한다)(61)와, 전극 조립체(10)의 상부를 가압하면서 감싸는 제2 리테이너(이하 "상부 리테이너"라 한다)(62)를 서로 결합하여 형성될 수 있다.
리테이너(60)는 전기 절연성을 가지는 합성수지재로 형성될 수 있다. 전극 조립체(10)는 리테이너(60)에 의하여 감싸인 상태로 케이스(15)에 삽입되므로 삽입시, 케이스(15)의 개구의 모서리에 의하여 손상으로부터 보호될 수 있다. 리테이너(60)에 대하여 구체적으로 설명하기 전에, 이차 전지(100)에서 리테이너(60)를 제외한 구성들에 대하여 설명한다.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 상태의 단면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 내장하는 케이스(15), 케이스(15)의 개구에 결합되는 캡 플레이트(20), 및 캡 플레이트(20)에 설치되는 제1 전극단자(21)(이하 "음극단자"라 한다)와 제2 전극단자(22)(이하, "양극단자"라 한다)를 포함할 수 있다. 전극 조립체(10)는 하나 또는 복수로 형성될 수 있으며, 리테이너(60)는 전극 조립체(10)를 감싸서 케이스(15)에 내장될 수 있다.
제1 실시예에 따른 이차 전지(100)는 각형의 리튬 이온 이차 전지를 예시한다. 그러나 본 발명은 제1 실시예에 제한되는 것은 아니며, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 원통형 이차 전지 등 다양한 형태의 이차 전지에 적용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 전극 조립체(10)는 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 음극(negative electrode)(11)과 양극(positive electrode)(12)을 배치하고, 음극(11)과 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 젤리롤 상태로 귄취하여 형성된다.
또한, 전극 조립체(10)는 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 단일 판으로 이루어지는 음극(11)과 양극(12)을 적층하여 조립되거나, 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 지그재그 구조로 접어서 적층하여 조립될 수 있다(미도시).
음극(11) 및 양극(12)은 각각 금속 박판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부, 및 활물질을 도포하지 않아 노출된 집전체로 형성되는 무지부(11a, 12a)를 포함할 수 있다. 무지부들(11a, 12a)은 권취된 전극 조립체(10)의 양단에 각각 배치될 수 있다.
제1 실시예에서, 전극 조립체(10)는 복수 개로 형성될 수 있다. 따라서 전극 조립체들(10)에서 각각의 음극들(11)은 무지부(11a)에 용접되는 음극 집전 리드 탭(31)을 통하여 전기적으로 서로 연결되고, 양극들(12)은 무지부(12a)에 용접되는 양극 집전 리드 탭(32)을 통하여 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 본 발명은 전극 조립체를 1개로 형성하는 이차 전지에도 적용될 수 있다.
케이스(15)는 내부에 리테이너(60)로 감싸진 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 공간을 설정하도록 대략 직육면체로 이루어지며, 외부와 내부 공간을 연결하는 개구가 직육면체의 일면에 형성될 수 있다. 개구는 전극 조립체(10)를 케이스(15)의 내부로 삽입할 수 있게 한다.
캡 플레이트(20)는 얇은 판재로 이루어져 케이스(15)의 개구에 설치됨으로써 케이스(15)를 밀폐한다. 캡 플레이트(20)는 전해액 주입구(29)와 벤트 홀(23)을 더 구비할 수 있다. 전해액 주입구(29)는 케이스(15)에 캡 플레이트(20)를 결합한 후, 케이스(15) 내부로 전해액의 주입을 가능하게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(29)는 밀봉 마개(27)로 밀봉될 수 있다.
벤트 홀(23)은 이차 전지(100)의 내부 압력의 배출을 가능하게 하며, 벤트 플레이트(25)로 밀폐될 수 있다. 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력에 이르면, 벤트 플레이트(25)가 개방될 수 있다. 벤트 플레이트(25)는 개방을 유도하는 노치(25a)를 가질 수 있다.
음극단자(21)와 양극단자(22)는 캡 플레이트(20)를 관통하여 설치되어 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉 음극단자(21)와 양극단자(22)는 전극 조립체(10)의 음극(11)과 양극(12)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 전극 조립체(10)는 음극단자(21)와 양극단자(22)를 통하여 케이스(15)의 외부로 인출될 수 있다.
음극단자(21)와 양극단자(22)는 캡 플레이트(20)에 형성된 단자홀(311, 312)에 각각 설치되는 기둥부(21a, 22a), 케이스(15)의 내측에서 기둥부(21a, 22a)에 형성되는 플랜지(21b, 22b), 및 케이스(15)의 외측에 배치되어 기둥부(21a, 22a)에 결합되는 터미널 플레이트(21d, 22d)를 포함할 수 있다.
터미널 플레이트(21d, 22d)는 이웃하는 다른 이차 전지들의 터미널 플레이트(미도시)에 버스바(미도시)로 연결되어, 이차 전지들(100)을 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있게 한다.
양극단자(22)의 기둥부(22a)에는 캡 플레이트(20)와 터미널 플레이트(22d) 사이에 탑 플레이트(22c)가 더 적층 배치될 수 있다. 탑 플레이트(22c)는 터미널 플레이트(22d)에서 외부 단락부(후술)를 연결하는 외부 단락 경로(path)를 형성할 수 있다.
음극단자(21) 측에서, 음극 개스킷(36)은 음극단자(21)의 기둥부(21a)와 캡 플레이트(20)의 단자홀(311) 내면 사이에 설치되어, 음극단자(21)의 기둥부(21a)와 캡 플레이트(20)의 단자홀(311) 사이를 실링할 수 있다. 또한 음극 개스킷(36)은 플랜지(21b)와 캡 플레이트(20) 사이에 더 연장 설치되어, 플랜지(21b)와 캡 플레이트(20)의 사이를 더 실링할 수 있다. 즉 음극 개스킷(36)은 캡 플레이트(20)에 음극단자(21)를 설치함으로써 단자홀(311)을 통하여 전해액이 새는 것(leak)을 방지할 수 있다.
양극단자(22) 측에서, 양극 개스킷(39)은 양극단자(22)의 기둥부(22a)와 캡 플레이트(20)의 단자홀(312) 내면 사이에 설치되어, 양극단자(22)의 기둥부(22a)와 캡 플레이트(20)의 단자홀(312) 사이를 실링할 수 있다. 양극 개스킷(39)은 플랜지(22b)와 캡 플레이트(20) 사이에 더 연장 설치되어, 플랜지(22b)와 캡 플레이트(20)의 사이를 더 실링할 수 있다.
또한, 양극 개스킷(39)은 양극단자(22)의 기둥부(22a)와 탑 플레이트(22c)의 홀 내면 사이에 더 연장 설치되어, 양극단자(22)의 기둥부(22a)와 탑 플레이트(22c)의 홀 내면 사이를 실링할 수 있다. 즉 양극 개스킷(39)은 캡 플레이트(20)에 양극단자(22)를 설치함으로써 단자홀(312)을 통하여 전해액이 새는 것(leak)을 방지할 수 있다.
음극 집전 리드 탭(31)과 양극 집전 리드 탭(32)은 음극단자(21)와 양극단자(22)를 전극 조립체(10)의 음극(11)과 양극(12)에 전기적으로 각각 연결할 수 있다. 즉 음극 집전 리드 탭(31)과 양극 집전 리드 탭(32)을 기둥부(21a, 22a)의 하단에 각각 결합하여 하단을 코킹함으로써, 음극 집전 리드 탭(31)과 양극 집전 리드 탭(32)은 플랜지(21b, 22b)에 지지되면서 기둥부(21a, 22a)의 하단에 각각 연결될 수 있다.
음극 집전 리드 탭(31)과 양극 집전 리드 탭(32)은 동일한 구조로 형성되므로 양극 집전 리드 탭(32)에 대한 설명을 생략하고, 음극 집전 리드 탭(31)을 예로 들어 4개의 전극 조립체(10)에 연결되는 구성을 설명한다.
도 6은 전극 조립체(10)에 대하여 음극 집전 리드 탭(31)과 리테이너(60)를 결합한 상태의 단면도이다. 도 6을 참조하면, 음극 집전 리드 탭(31)은 음극단자(21)에 연결되는 가지부(67) 및 가지부(67)에서 아래로 연장되어 전극 조립체들(10) 사이에 삽입되는 제1, 제2, 제3, 제4 전극 조립체 접합부(63, 64. 65, 66)를 포함할 수 있다.
제1 실시예에 따른 이차 전지(100)는 4개의 전극 조립체(10)를 포함할 수 있으며, 4개의 전극 조립체들(10)은 평행하게 적층 배열될 수 있다. 다만, 평행하게 적층 배열될 수 있는 전극 조립체들(10)의 수는 본 실시예에서와 같이 4개로 한정되지 않을 수 있다. 따라서 제1, 제2, 제3, 제4 전극 조립체 접합부(63, 64. 65, 66)는 서로 평행하게 배치될 수 있다.
제1 전극 조립체 접합부(63)와 제2 전극 조립체 접합부(64)는 가지부(67)의 양단에서 절곡되어, 전극 조립체(10)의 하단을 향하여 연장 형성될 수 있다. 제3 전극 조립체 접합부(65)와 제4 전극 조립체 접합부(66)는 제1, 제2 전극 조립체 접합부(63, 64)의 가지부(67)에서 서로 평행하게 절곡되어, 전극 조립체(10)의 하단을 향하여 연장 형성될 수 있다.
4개의 전극 조립체들(10)은 서로 겹쳐져 배치될 수 있으며, 양측 단부에 각각의 무지부(11a, 12a)가 형성될 수 있다. 도 6에서 음극(11)의 무지부들(11a)은 활물질이 코팅된 코팅부보다 더 작은 두께를 가지므로 무지부들(11a) 사이에는 이격된 공간이 형성될 수 있다. 따라서 제1, 제2, 제3, 제4 전극 조립체 접합부들(63, 64. 65, 66)은 무지부들(11a) 사이 공간에 각각 삽입 설치되어, 무지부(11a)에 초음파 용접으로 접합될 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 음극 절연부재(41)는 음극 집전 리드 탭(31)과 캡 플레이트(20) 사이에 설치될 수 있고, 양극 절연부재(42)는 양극 집전 리드 탭(32)과 캡 플레이트(20) 사이에 설치될 수 있다. 따라서 음극 집전 리드 탭(31) 및 양극 집전 리드 탭(32)는 캡 플레이트(20)와 전기적으로 절연될 수 있다.
제1 실시예의 이차 전지(100)는 내부 압력 상승시 음극(11)과 양극(12)을 케이스(15)의 외부에서 단락시키는 외부 단락부를 음극단자(21) 측에 구비할 수 있다. 예를 들면, 외부 단락부는 내부 압력에 따라 이격 또는 단락되는 단락 탭(51)과 단락부재(53)를 포함할 수 있다.
단락 탭(51)은 음극단자(21)에 전기적으로 연결되어 절연부재(37)를 개재하여 캡 플레이트(20)에 설치될 수 있다. 단락 탭(51)은 케이스(15)의 외측에서 기둥부(21a)를 관통시키면서 적층되는 터미널 플레이트(21d)에 전기적으로 연결될 수 있다.
단락부재(53)는 캡 플레이트(20)에 형성된 단락 홀에 설치되어, 양극 단자(22)에 전기적으로 연결되어 있다. 따라서 정상시, 단락부재(53)는 단락 탭(51)과 이격 상태(실선 상태)를 유지하고, 과충전에 의해 내압 상승시, 변형되어(가상선 상태) 단락 탭(51)에 접촉될 수 있다(도 5 참조). 즉 전극 조립체(10)의 음극(11)과 양극(12)은 케이스(15)의 외부에서 서로 단락될 수 있다. 단락시, 단락 탭(51)과 단락부재(53) 및 캡 플레이트(20)를 통하여, 음극단자(21)와 양극단자(22) 사이에서 순간적으로 큰 전류가 흐른다. 이로써, 전극 조립체(10)는 방전될 수 있다.
다시, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 리테이너(60)에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 2를 참조하면, 하부 리테이너(61)는 전극 조립체(10)의 하부, 즉 음극단자(21) 및 양극단자(22)의 반대측에서 전극 조립체(10)를 수용하여 가압하도록 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 하부 리테이너(61)는 전극 조립체(10)의 하부에서 양면(이하 "전면"101) 및 "배면(102)"이라 한다)을 가압하여 스웰링을 억제하고, 음극 집전 리드 탭(31) 및 양극 집전 리드 탭(32)을 구속하여 외부 충격에 의하여 전극 조립체(10)의 이동을 억제할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 하부 리테이너(61)는 케이스(15)에 수용되어 전극 조립체(10)의 하단을 지지하는 바닥부(615), 바닥부(615)의 변에서 수직으로 형성되며, 전극 조립체(10)의 전면(101)과 배면(102)을 가압하는 제1 가압부(611), 제1 가압부(611)와 대향하는 제2 가압부(612), 음극 집전 리드 탭(31)을 구속하는 제1 구속부(613), 및 양극 집전 리드 탭(32)을 구속하는 제2 구속부(614)를 포함한다.
제1 구속부(613)는 제1 가압부(611)와 제2 가압부(612)의 끝 단들의 사이에 위치할 수 있다. 제2 구속부(614)는 바닥부(615)로부터 수직하게 연장할 수 있고 제1 구속부(613)와 대향할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1, 제2 가압부(611, 612)는 상부로 연장부(616)를 각각 더 형성하여, 전극 조립체(10)의 전면(101)과 배면(102)을 더 가압할 수 있다. 연장부(616)는 결합 돌기(617)를 구비하여 상부 리테이너(62)의 결합 구멍(627)에 결합될 수 있다.
하지만, 본 실시예는 여기에 한정되지 않는다. 즉, 아래에 기술될 바와 같이. 다른 연장부들인 하부 리테이너(61) 및/또는 상부 리테이너(62) 상에 포함될 수 있다. 예를 들어, 각형 이차 전지는 연결부와 하부 리테이너(61) 및 상부 리테이너(62) 중 적어도 하나의 사이에 분리 결합부를 포함할 수 있다. 상기에 기술된 바와 같이, 분리 결합부는 결합 구멍(627) 및 결합 돌기(617)를 포함할 수 있다.
도 7은 도 1의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다. 도 3, 도 6 및 도 7을 참조하여, 음극 집전 리드 탭(31)과 하부 리테이너(61)에 대하여 설명하면, 제1 구속부(613)는 내부로 돌출되어 상하 방향으로 연장되는 리브(618, 619)를 구비할 수 있다.
리브(618, 619)는 제1, 제3 전극 조립체 접합부(63, 65) 사이 및 제2, 제4 전극 조립체 접합부(64. 66) 사이에 각각 개재되어 전극 조립체(10)의 음극 집전 리드 탭(31)을 지지할 수 있다. 또한 리브(618, 619)는 하부 리테이너(61)에 기계적 강성을 제공할 수 있다.
하부 리테이너(61)는 전극 조립체(10)와 케이스(15) 사이에 개재되어, 전극 조립체(10)의 하부를 수용하여 전극 조립체(10)를 가압하고, 또한 음극 집전 리드 탭(31) 및 양극 집전 리드 탭(32)을 구속하여 케이스(15)에 지지된다.
제1 구속부(613)와 음극 집전 리드 탭(31)의 결합 구조는, 제2 구속부(614)와 양극 집전 리드 탭(32)의 결합 구조와 동일하다. 따라서 제2 구속부(614)와 양극 집전 리드 탭(32)의 결합 구조에 대한 설명을 생략한다.
하부 리테이너(61)의 제1, 제2 구속부(613, 614)는 전극 조립체(10)의 하부와 케이스(15) 사이에 개재되어, 하부에서 전극 조립체(10)의 이동을 제한한다.
도 2를 참조하면, 상부 리테이너(62)는 하부 리테이너(61)에 결합되어, 전극 조립체(10)의 상부, 즉 음극단자(21) 및 양극단자(22) 측에서 전극 조립체(10)를 덮어서 가압하도록 형성될 수 있다.
상부 리테이너(62)는 연결부로 하부 리테이너(61)와 결합될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 하부 리테이너(61)는 상부 리테이너(62)와 공간적으로 분리될 수 있다. 예를 들면, 연결부는 하부 리테이너(61) 및 상부 리테이너(62) 사이의 공간을 가로질러 연장될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 연결부는 하부 리테이너(61) 및 상부 리테이너(62) 중 하나와 일체로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상부 리테이너(62)는 전극 조립체(10)의 상부에서 전면(101)과 배면(102)을 가압하여 스웰링을 억제하고, 음극 집전 리드 탭(31) 및 양극 집전 리드 탭(32)을 구속하여 외부 충격에 의하여 전극 조립체(10)의 이동을 억제하며, 전극 조립체(10)의 상면을 음극 인슐레이터(41) 및 양극 인슐레이터(42)로부터 보호고, 내부에서 발생되는 가스의 이동을 안내할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상부 리테이너(62)는 케이스(15)에 수용되어 전극 조립체(10)의 상단을 지지하는 뚜껑부(625), 뚜껑부(625)의 변에서 수직으로 형성되며, 전극 조립체(10)의 전면(101)과 배면(102)을 가압하는 제3 가압부(621), 뚜껑부(625)에서 수직하게 연장하는 제4 가압부(622), 음극 집전 리드 탭(31)을 구속하고 지지하며 제3 가압부(621)와 제4 가압부(622)의 사이에 위치하는 제3 구속부(623), 및 양극 집전 리드 탭(32)을 구속하고 지지하며 뚜껑부(625)에서 수직하게 연장하고 제3 구속부(622)와 대향하는 제4 구속부(624)를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제3, 제4 가압부(621, 622)는 제1, 제2 가압부(611, 612)에 각각 결합되어 전극 조립체(10)의 전면(101)과 배면(102)을 가압할 수 있다. 제3, 제4 가압부(621, 622)는 결합 구멍(627)을 형성하여, 연장부(616)의 결합 돌기(617)에 결합되어, 상, 하부 리테이너(62, 61)를 일체로 형성하여 전극 조립체(10)를 감싸게 할 수 있다.
도 8은 도 1의 Ⅷ-Ⅷ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다. 도 3, 도 6 및 도 8을 참조하여, 음극 집전 리드 탭(31)과 상부 리테이너(62)에 대하여 설명하면, 상부 리테이너(62)의 제3 구속부(623)는 내부로 돌출되어 상하 방향으로 연장되는 리브(628, 629)를 구비할 수 있다.
리브(628, 629)는 제1, 제3 전극 조립체 접합부(63, 65) 사이 및 제2, 제4 전극 조립체 접합부(64. 66) 사이에 각각 개재되어 전극 조립체(10)의 음극 집전 리드 탭(31)을 지지할 수 있다. 또한 리브(628, 629)는 상부 리테이너(62)에 기계적 강성을 제공할 수 있다.
상부 리테이너(62)는 전극 조립체(10)와 케이스(15) 사이에 개재되어, 전극 조립체(10)의 상부를 수용하여 전극 조립체(10)를 덮어서 가압하여 케이스(15)에 지지될 수 있다.
제3 구속부(623)와 음극 집전 리드 탭(31)의 결합 구조는, 제4 구속부(624)와 양극 집전 리드 탭(32)의 결합 구조와 동일하다. 따라서 제4 구속부(624)와 양극 집전 리드 탭(32)의 결합 구조에 대한 설명을 생략한다.
상부 리테이너(62)의 제3, 제4 구속부(623, 624)는 전극 조립체(10)의 상부와 케이스(15) 사이에 개재되어, 상부에서 전극 조립체(10)의 이동을 제한할 수 있다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 뚜껑부(625)는 캡 플레이트(20)와 전극 조립체(10) 사이에서 굴곡부(G)를 형성하여, 내부에서 발생되는 가스를 상부로 유도한다. 또한 뚜껑부(625) 및 굴곡부(G)는 캡 플레이트(20)를 통하여 전극 조립체(10)로 전달되는 충격을 흡수하여, 전극 조립체(10)를 보호한다. 본 실시예에 따르면, 굴곡부(G)는 반원형의 골이 형성된 구조를 가질 수 있다. 또한, 굴곡부(G)는 전극 조립체(10)의 코팅부에 접촉할 수 있다.
뚜껑부(625)는 전극 조립체(10)와 음극 절연부재(41) 사이 및 전극 조립체(10)의 양극 절연부재(42) 사이로 연장되어, 음극 절연부재(41) 및 양극 절연부재(42)에서 전달되는 외부 충격을 흡수하여, 음극 절연부재(41) 및 양극 절연부재(42)에 의하여 전극 조립체(10)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 뚜껑부(625)는 전극 조립체(10)의 코팅부에 평행하게 연장할 수 있다.
이와 같이, 제1 실시예의 이차 전지(100)에서, 리테이너(60)는 하부 리테이너(61)의 제1, 제2 가압부(611, 612), 제1, 제2 구속부(613, 614)와 상부 리테이너(62)의 제3, 제4 가압부(621, 622), 제3, 제4 구속부(623, 624) 사이에 개방부를 형성할 수 있다.
리테이너(60)의 개방부는 전극 조립체(10)를 케이스(15) 내부에 노출시켜, 전면(101)과 배면(102) 및 음극 집전 리드 탭(31)과 양극 집전 리드 탭(31, 32) 측에서 열을 방출하면서 전해액의 이동을 가능하게 한다.
이하에서 본 발명의 다른 실시예들에 대하여 설명하며, 제1 실시예 및 기설명된 실시예와 비교하여, 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 비교 설명한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지(200)의 단면도이고, 도 10은 도 9에 나타낸 이차 전지에 적용되는 리테이너(70)의 분해 사시도이다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 리테이너(70)는 상부 리테이너(72)의 두껑부(725)에 관통구(726)를 더 형성한다.
뚜껑부(725)는 캡 플레이트(20)와 전극 조립체(10) 사이에서 굴곡부(G) 및 관통구(726)를 형성한다. 굴곡부(G) 및 관통구(726)는 내부에서 발생되는 가스의 상부로의 이동을 더 용이하게 한다. 예를 들어, 관통구(726)의 위치는 벤트 플레이트(25)의 위치와 대응할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 벤트 플레이트(25)는 뚜겅부(725)의 관통구(726)의 위에 위치할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 : 전극 조립체 11 : 음극
11a, 12a : 무지부 12 : 양극
13 : 세퍼레이터 15 : 케이스
20 : 캡 플레이트 21 : 제1 전극단자(음극단자)
21a, 22a : 기둥부 21b, 22b : 플랜지
21d, 22d : 터미널 플레이트 22 : 제2 전극단자(양극단자)
22c : 탑 플레이트 23 : 벤트 홀
25 : 벤트 플레이트 25a : 노치
27 : 밀봉 마개 29 : 전해액 주입구
31 : 음극 집전 리드 탭 32 : 양극 집전 리드 탭
36 : 음극 개스킷 39 : 양극 개스킷
41 : 음극 절연부재 42 : 양극 절연부재
51 : 단락 탭 53 : 단락부재
60, 70 : 리테이너 61 , 62 : 하부, 상부 리테이너
63, 64. 65, 66 : 제1, 제2, 제3, 제4 전극 조립체 접합부
67 : 가지부 100, 200 : 이차 전지
101 : 전면 102 : 배면
611, 612, 621, 622 : 제1, 제2, 제3, 제4 가압부
613, 614, 623, 624 : 제1, 제2, 제3, 제4 구속부
615 : 바닥부 616 : 연장부
617 : 결합 돌기 618, 619, 628, 629 : 리브
625, 725 : 뚜껑부 627 : 결합 구멍
726 : 관통구 G : 굴곡부

Claims (20)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스 내에서 상기 전극 조립체를 감싸는 리테이너를 포함하고,
    상기 리테이너는,
    상기 전극 조립체의 일 부분을 감싸는 제1 리테이너와
    상기 전극 조립체의 다른 부분을 감싸는 제2 리테이너 및
    상기 제1 리테이너와 상기 제2 리테이너를 연결하는 연결부를 포함하고,
    상기 제1 리테이너는 상기 제2 리테이너와 공간적으로 분리되며,
    상기 연결부는 상기 제1 리테이너 및 상기 제2 리테이너들 사이의 공간을 가로질러 연장되는 각형 이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체와 상기 각형 이차 전지의 단자를 전기적으로 연결하는 집전 리드 탭을 더 포함하는 각형 이차 전지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 리테이너는,
    바닥부,
    상기 바닥부로부터 수직하게 연장되는 제1 가압부,
    상기 바닥부로부터 수직하게 연장되고 상기 제1 가압부와 대향하는 제2 가압부,
    상기 바닥부로부터 수직하게 연장되고 상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부의 끝 단들 사이의 제1 구속부 및
    상기 제1 바닥부로부터 수직하게 연장되고 상기 제1 구속부와 대향하는 제2 구속부를 포함하는 각형 이차 전지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 리테이너는,
    상기 전극 조립체의 상단을 지지하는 뚜껑부,
    상기 뚜껑부로부터 수직하게 연장되는 제3 가압부,
    상기 뚜껑부로부터 수직하게 연장되고 상기 제3 가압부와 대향하는 제4 가압부,
    상기 뚜껑부로부터 수직하게 연장되고 상기 제3 가압부와 상기 제4 가압부의 끝 단들 사이의 제3 구속부 및
    상기 뚜껑부로부터 수직하게 연장되고 상기 제3 구속부와 대향하는 제4 구속부를 포함하는 각형 이차 전지.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 케이스를 밀폐하기 위하여 상기 케이스의 상단에 결합되는 캡 플레이트를 더 포함하고,
    상기 제2 리테이너의 상기 뚜껑부는 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 굴곡부를 포함하는 각형 이차 전지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 리테이너의 상기 굴곡부는 반원형의 골이 형성된 구조를 가진 각형 이차 전지.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 케이스를 밀폐하기 위해 상기 케이스의 상단에 결합되는 캡 플레이트를 더 포함하고,
    상기 제2 리테이너의 상기 뚜껑부는 관통구를 포함하며,
    상기 캡 플레이트는 벤트 플레이트를 포함하고,
    상기 벤트 플레이트는 상기 뚜껑부의 상기 관통구의 위에 위치하는 각형 이차 전지.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 제1 리테이너 및 상기 제2 리테이너 중 하나에 일체로 형성되는 각형 이차 전지.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 연결부와 상기 제1 및 제2 리테이너들 중 적어도 하나의 사이에 분리 결합부를 더 포함하는 각형 이차 전지.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 분리 결합부는 결합 구멍 및 결합 돌기를 포함하는 각형 이차 전지.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 리테이너 및 상기 제2 리테이너 중 적어도 하나는 그 내부 표면에 리브를 포함하는 각형 이차 전지.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 전극 조립체와 단자를 전기적으로 연결하는 집전 리드 탭을 더 포함하고,
    상기 리브는 상기 집전 리드 탭의 전극 조립체 접합부를 지지하는 각형 이차 전지.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 권취되고 코팅부와 상기 코팅부의 끝단에 형성된 무지부를 포함하는 각형 이차 전지.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제2 리테이너의 뚜껑부는 상기 전극 조립체의 상기 코팅부에 평행하게 연장하는 각형 이차 전지.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 뚜껑부의 굴곡부는 상기 전극 조립체의 상기 코팅부와 접촉하는 각형 이차 전지.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 리테이너는 상기 제2 리테이너의 서로 반대쪽의 끝 단들에 상기 전극 조립체의 일부를 노출시키는 개방부를 더 포함하는 각형 이차 전지.
  20. 제1 항에 있어서,
    상기 리테이너는 절연성 합성수지재로 형성된 각형 이차 전지.
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